JP6106272B2 - Efficiency improved energy recovery type ventilation core - Google Patents

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Description

本開示は、エネルギー回収型換気コアユニットにおける使用のための剛性または半剛性のフレームに関する。特に、本開示は、スルホン化ブロックコポリマー製の湿気透過性膜が接合されたフレームを、空気流と該膜とのより多くの直接接触がもたらされるように適用することに関する。スルホン化ブロックコポリマーは、スルホン酸官能部またはスルホネート官能部がほとんど、または全く含まれていない少なくとも2つのポリマー末端ブロックと、有効量のスルホン酸官能部またはスルホネート官能部を含む少なくとも1つのポリマー内部ブロックとを有する。フレームは、空気などのガスの通過を許容し、これにより湿気透過性膜とのさらなる直接接触をもたらす多孔質のシートであり得る。さらに、本開示は、かかるフレームが使用されたコアを有する効率向上型エネルギー回収型換気ユニットに関する。   The present disclosure relates to a rigid or semi-rigid frame for use in an energy recovery ventilation core unit. In particular, the present disclosure relates to applying a frame bonded with a moisture permeable membrane made of a sulfonated block copolymer to provide more direct contact between the air flow and the membrane. The sulfonated block copolymer comprises at least one polymer end block comprising at least two polymer end blocks with little or no sulfonic acid functionality or sulfonate functionality and an effective amount of sulfonic acid functionality or sulfonate functionality. And have. The frame can be a porous sheet that allows the passage of a gas, such as air, thereby providing further direct contact with the moisture permeable membrane. Furthermore, the present disclosure relates to an efficiency-enhancing energy recovery type ventilation unit having a core using such a frame.

建物および種々の住宅の温度調節に冷暖房システムが使用されていることはよく知られている。かかるシステム内では、新鮮な空気が建物または家の外から導入されるとともに、屋内の新鮮でない空気が屋外に排出される。一般的に、かかる冷暖房システムでは大量のエネルギーが消費される。このエネルギー消費のコストを節約するための方法の1つは、空気流が該構造体を出入りする際に該空気流間で熱と湿気を一部交換することによるものである。   It is well known that air conditioning systems are used to regulate the temperature of buildings and various homes. Within such a system, fresh air is introduced from outside the building or house, and indoor fresh air is exhausted outdoors. Generally, such an air conditioning system consumes a large amount of energy. One way to save this cost of energy consumption is by partially exchanging heat and moisture between the air streams as they enter and exit the structure.

従って、空気流の熱と湿分を交換するためのかかるシステムは、エネルギー回収型換気(ERV)システムとして知られるようになってきている。ERVは、内部の排出空気の屋外の新鮮な空気との顕熱および潜熱の交換を伴う。かかる交換の原理は、排出空気の流れと吸入空気の流れが異なる水蒸気圧を有し、さらに温度が異なるということである。例えば、夏の吸入空気の流れが温かくて多湿である場合では、顕熱と潜熱の両方が冷たい低湿分の排出空気と交換されることによりエネルギーが回収される。または、冬の屋外の空気が冷たくて乾燥している場合では、乾燥しており、冷たい空気が、より温かくてより多湿の排出空気と交換されることによりエネルギーが回収される。   Accordingly, such systems for exchanging heat and moisture in an air stream are becoming known as energy recovery ventilation (ERV) systems. ERV involves the exchange of sensible heat and latent heat of the internal exhaust air with fresh outdoor air. The principle of such exchange is that the flow of exhaust air and the flow of intake air have different water vapor pressures, and further differ in temperature. For example, if the summer intake air flow is warm and humid, energy is recovered by exchanging both sensible heat and latent heat with cold, low-humidity exhaust air. Or, if the winter outdoor air is cold and dry, it is dry and energy is recovered by replacing the cold air with warmer and humid exhaust air.

ERVシステムは、通常、暖房および/または冷房システムと併せて使用され、ERVコアユニットを有する装置で構成される。コアユニットは、一般的に、ある種の型のスペーサーによって隔てられた種々の積層メンブレンで構成される。吸入空気流と排出空気流は、積層プレート上の各面で相互混合することなく、一般的には交互の交差流パターンでコアユニットに輸送され、互いのそばを通るようになっている。薄層により熱がかなり容易に移動し得るため、一般的には顕熱交換の方が簡単に行われる。他方、潜熱の移動は、空気流間での湿気の変化によって行われ、より有効な熱交換がもたらされる。熱回収型換気(HRV)は、吸入空気流と排出空気流の両者間に湿気交換がないため顕熱交換がもたらされるシステムをいう。しかしながら、ERVシステムには両空気流間での湿気の移動を可能にするメンブレンが設けられており、従って、顕熱と潜熱の両方の交換特性を利用するものである。   An ERV system is typically used in conjunction with a heating and / or cooling system and is comprised of a device having an ERV core unit. The core unit is generally composed of various laminated membranes separated by some type of spacer. The intake air flow and the exhaust air flow are generally transported to the core unit in an alternating cross flow pattern without passing through each other on each side of the laminated plate, and pass by each other. In general, sensible heat exchange is easier because heat can be transferred much more easily with a thin layer. On the other hand, the transfer of latent heat is effected by changes in humidity between air streams, resulting in a more effective heat exchange. Heat recovery ventilation (HRV) refers to a system that provides sensible heat exchange because there is no moisture exchange between both the intake air flow and the exhaust air flow. However, the ERV system is provided with a membrane that allows the movement of moisture between the two air streams, and therefore utilizes both sensible and latent heat exchange characteristics.

ERVシステムの一例がUS特許公開公報番号2012/0073791に開示されている。これには、繊維状の微多孔質支持基材、およびこの上面にラミネート加工されたスルホン化ブロックコポリマーが使用されたエネルギー回収システムのコアが開示されている。このスルホン化ブロックコポリマーは、空気は通さないが効率的な水蒸気輸送は許容し、従って、非常に好都合な熱交換特性が得られる。微多孔質支持体は、空気の通過を許容するとともに、スルホン化ブロックコポリマーに対する機械的支持ももたらす。ERVコアの形成においてメンブレンの積層および空気流の分離が可能となるようにスペーサーが使用される。   An example of an ERV system is disclosed in US Patent Publication No. 2012/0073791. It discloses a core of an energy recovery system that uses a fibrous microporous support substrate and a sulfonated block copolymer laminated to the top surface. This sulfonated block copolymer does not allow air to pass but allows efficient water vapor transport, thus providing very favorable heat exchange properties. The microporous support allows for the passage of air and also provides mechanical support for the sulfonated block copolymer. Spacers are used to allow membrane lamination and air flow separation in the formation of the ERV core.

本明細書において本発明者が認定しているように、必要とされていることは、吸入流と排出流間でのより効率的な水分移動のための空気流と湿気透過性メンブレンとのより多くの接触のための方法である。   As the inventors have identified herein, what is needed is more of an air flow and a moisture permeable membrane for more efficient moisture transfer between the intake and exhaust streams. A way for many contacts.

米国特許出願公開第2012/0073791号明細書US Patent Application Publication No. 2012/0073791

一部の実施形態では、本明細書において、内部を通過する空気流間での熱と湿気の交換を許容するコアユニットを有するエネルギー回収システムであって、該コアユニットは2つ以上の多層複合構造体を有しており、前記多層複合構造体は、
第1の表面から第2の表面に通じる複数の穴を有する多孔質で剛性または半剛性のフレーム、および
前記フレームの前記第1および第2の表面上の少なくとも一方に接合されて前記複数の穴を覆っているスルホン化ブロックコポリマーを含むポリマー膜
で構成されており、
該スルホン化ブロックコポリマーは少なくとも1つの末端ブロックAと少なくとも1つの内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックには本質的にスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基が含まれておらず、各Bブロックは、モノマー単位の数に対して約10から約100モルパーセントのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含むポリマーブロックである
エネルギー回収システムを開示する。
In some embodiments, an energy recovery system having a core unit that allows heat and moisture exchange between airflows passing therethrough, the core unit comprising two or more multilayer composites. The multilayer composite structure has a structure,
A porous rigid or semi-rigid frame having a plurality of holes leading from the first surface to the second surface; and the plurality of holes joined to at least one of the first and second surfaces of the frame A polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer covering
The sulfonated block copolymer has at least one end block A and at least one internal block B, wherein each A block contains essentially sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups. Instead, each B block discloses an energy recovery system that is a polymer block containing from about 10 to about 100 mole percent sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups based on the number of monomer units.

さらなる実施形態では、該膜が、多孔質の編織材または不織材を含む多孔質基材上に接合され、その後、前記フレームの前記第1および第2の表面上の少なくとも一方に接合されて多層構造体が形成される。   In a further embodiment, the membrane is bonded onto a porous substrate comprising a porous woven or non-woven material and then bonded to at least one of the first and second surfaces of the frame. A multilayer structure is formed.

さらなる実施形態では、フレームが平面状のシートであり得るか、または表面内にチャネルが形成された連続形状に熱、機械により、もしくは化学的に形成されたものであり得、前記チャネルは頂部と底部を有する。フレームがチャネルを有する形状(例えば、波形)に形成されるかかる実施形態では、かかるフレームは、HRVシステムをERVシステムに変換するために使用され得る。これは、プレートまたはスペーサーをHRVシステムから取り出し、成形した(即ち、剛性で波形の)該フレームを有する多層構造体を内蔵させることにより行われ得る。   In further embodiments, the frame may be a planar sheet or may be thermally, mechanically or chemically formed in a continuous shape with channels formed in the surface, the channels being the top and Has a bottom. In such embodiments where the frame is formed into a shape with a channel (eg, a waveform), such a frame can be used to convert an HRV system to an ERV system. This can be done by removing the plate or spacer from the HRV system and incorporating a multilayer structure with the molded (ie rigid and corrugated) frame.

さらに、フレームは、穿孔または焼結によって内部に細孔が形成されたものであり得る。   Further, the frame may have pores formed therein by drilling or sintering.

フレームまたは多層構造体が平面状のシートである実施形態では、これ自体が多孔質であり、また、上面にスルホン化ブロックコポリマーがラミネート加工されたスペーサーが使用され得る。   In embodiments where the frame or multilayer structure is a planar sheet, a spacer that is itself porous and laminated with a sulfonated block copolymer on the top surface may be used.

図1a、1b、および1cは、3種類の異なる押出し加工されたポリマー製網型フレームを示す。1a, 1b and 1c show three different extruded polymer mesh frames. 図2a、2b、2cは、3種類の異なる穿孔アルミニウムプレートを示す。Figures 2a, 2b, 2c show three different perforated aluminum plates. 不織セルロース系基材を示す。A nonwoven cellulosic substrate is shown. 焼結多孔質基材を示す。1 shows a sintered porous substrate. ERVコアユニットの斜視図を示す。The perspective view of an ERV core unit is shown. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. ERVコア内の層の構成の一実施形態を示す。3 illustrates one embodiment of a layer configuration within an ERV core. 隣接しているクリンピングフレーム層を示す。The adjacent crimping frame layer is shown. 隣接しているクリンピングフレーム層を示す。The adjacent crimping frame layer is shown. エネルギー交換に関する実験結果を示す。The experimental result about energy exchange is shown.

本発明の実施形態の詳細な説明を本明細書に開示している。しかしながら、開示した実施形態は例示にすぎないこと、および本発明は開示した実施形態の種々の択一的な形態に具体化され得ることは理解されよう。従って、本明細書に開示した実施形態で取り上げた構造および機能の具体的な詳細は、限定としてではなく、単に特許請求の範囲の根拠として、および当業者が本発明を種々に使用するための教示の代表的な根拠として解釈されるべきである。   Detailed descriptions of embodiments of the present invention are disclosed herein. However, it is understood that the disclosed embodiments are merely exemplary, and that the present invention can be embodied in various alternative forms of the disclosed embodiments. Accordingly, the specific details of structures and functions featured in the embodiments disclosed herein are not intended to be limiting, but merely as a basis for claims and for those skilled in the art to use the present invention in various ways. It should be interpreted as a representative basis for teaching.

本明細書に挙げた刊行物、特許出願および特許はすべて、参照によりこの全体が組み込まれる。矛盾する場合は本明細書(定義など)に支配されることを意図する。   All publications, patent applications and patents mentioned herein are incorporated in their entirety by reference. In case of conflict, the present specification (definitions, etc.) is intended to be controlled.

特に記載のない限り、本明細書で用いる専門用語はすべて、当業者に一般的に理解されている意味を有する。   Unless otherwise noted, all terminology used herein has the meaning commonly understood by one of ordinary skill in the art.

さらに、特に記載のない限り、以下の表現は、本明細書で用いる場合、以下の意味を有すると理解されたい。   Further, unless stated otherwise, the following expressions shall be understood to have the following meanings as used herein.

特に記載のない限り、表現「コートされた」または「コーティング」とは、基材または他の物質への溶液または液状形態のポリマーの適用または接合を意味し、この場合、該ポリマーは、基材表面上に存在しているか、または基材構造内に包埋されているかのいずれかである。   Unless otherwise stated, the expression “coated” or “coating” means the application or bonding of a polymer in solution or liquid form to a substrate or other substance, where the polymer is Either present on the surface or embedded within the substrate structure.

「コートされた」とは対照的に、特に記載のない限り、表現「ラミネート加工」とは、基材または他の物質へのキャストポリマーメンブレンまたはポリマー膜の適用または接合を意味する。   In contrast to “coated”, unless otherwise stated, the expression “laminate” refers to the application or bonding of a cast polymer membrane or polymer film to a substrate or other material.

用語「接合された」または「接合する」は、コーティングまたはラミネート加工または他の手段のいずれかによる基材または他の物質へのポリマーの付着であって、ポリマーメンブレンと基材または他の物質間に接合が形成される付着を包含する。   The term “joined” or “join” refers to the attachment of a polymer to a substrate or other material, either by coating or laminating or other means, between the polymer membrane and the substrate or other material. Including attachment to which a bond is formed.

当業者には、本明細書に「開示している」膜という用語はまた、湿気透過性であるが空気不透過性であるメンブレンにも言及している場合があり得ることが理解されよう。   One skilled in the art will appreciate that the term “disclosed” membranes herein may also refer to a membrane that is moisture permeable but air impermeable.

本明細書において、吸入空気流の流れと排出空気流の流れ間での顕熱および潜熱の交換のための効率向上型ERVシステムを開示する(以下、本明細書において、「空気流」は、吸入流と排出流の両方をいう。)。ERVシステムには、湿気透過性だが空気は非浸透性の膜が剛性または半剛性のフレームとともに使用され、これにより、ERVコア内での空気流のより多くの接触が可能になる。フレームは、波形形態などの形状に形成され得る。多孔質であり得る。湿気透過性膜は、フレームならびに支持基材に接合され得る。   Disclosed herein is an improved ERV system for the exchange of sensible heat and latent heat between an intake air flow and an exhaust air flow (hereinafter “air flow” Both inhalation and exhaust flow.) For ERV systems, a moisture permeable but air impermeable membrane is used with a rigid or semi-rigid frame, which allows more contact of air flow within the ERV core. The frame may be formed in a shape such as a corrugated shape. It can be porous. The moisture permeable membrane can be bonded to the frame as well as the support substrate.

さらなる実施形態では、該膜は剛性または半剛性のフレームに接合されて多層構造体が形成され得、該多層構造体が種々の形状、例えば波形パターンに形成され得る。また、かかる実施形態には、HRVユニットをERVユニットに変換することも包含され得る。かかる場合では、HRVの湿気不透過性のスペーサーまたはフレームが取り出され、多層の湿気透過性だが空気は非浸透性の多層構造体、択一的には、本明細書に開示した多孔質で剛性または半剛性のフレームが内蔵され、ERVコアが形成され得る。   In further embodiments, the membrane can be joined to a rigid or semi-rigid frame to form a multilayer structure, which can be formed into various shapes, such as corrugated patterns. Such embodiments may also include converting HRV units to ERV units. In such a case, a moisture impermeable spacer or frame of HRV is removed and the multilayer moisture permeable but air impermeable multilayer structure, alternatively, the porous and rigid disclosed herein. Alternatively, a semi-rigid frame can be incorporated to form an ERV core.

種々の実施形態において、本明細書に開示したERVコアは、幾つかの構成要素、例えば、(1)スルホン化ブロックコポリマー膜、(2)剛性または半剛性のフレーム、(3)メンブレン基材、(4)スペーサーを含むものであり得る。   In various embodiments, the ERV core disclosed herein comprises several components, such as (1) a sulfonated block copolymer membrane, (2) a rigid or semi-rigid frame, (3) a membrane substrate, (4) It may include a spacer.

エネルギー回収型換気構成要素
スルホン化ブロックコポリマー膜
本明細書に開示したERVユニットにおける使用のためのポリマー膜は、スルホン化ブロックコポリマーで構成されたもの、またはスルホン化ブロックコポリマーを含むものである。一部の実施形態において、本開示の組成物としては、Willisらに対するUS7,737,224に記載されたスルホン化ブロックコポリマーが挙げられる。さらに、US7,737,224に記載のものなどのスルホン化ブロックコポリマーは、Dadoらに対するWO2008/089332の方法またはHandlinらに対するUS8,012,539の方法に従って調製され得る。
Energy Recovering Ventilation Components Sulfonated Block Copolymer Membranes Polymer membranes for use in the ERV units disclosed herein are composed of or include sulfonated block copolymers. In some embodiments, compositions of the present disclosure include sulfonated block copolymers described in US 7,737,224 to Willis et al. Furthermore, sulfonated block copolymers such as those described in US 7,737,224 may be prepared according to the method of WO 2008/089332 to Dado et al. Or the method of US 8,012,539 to Handlin et al.

1.スルホン化ブロックコポリマー
スルホン化ブロックコポリマーを調製するために必要なブロックコポリマーは、幾つかの異なる方法、例えば、アニオン重合、減速型アニオン重合、カチオン重合、チーグラー・ナッタ重合、およびリビング連鎖または安定フリーラジカル重合によって作製され得る。アニオン重合は、以下により詳細に記載しており、参照文献にも記載されている。スチレン系ブロックコポリマーを作製するための減速型アニオン重合法は、例えば、US6,391,981、US6,455,651およびUS6,492,469(これらは各々、参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。ブロックコポリマーを調製するためのカチオン重合法は、例えば、US6,515,083およびUS4,946,899(これらは各々、参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。
1. Sulfonated block copolymers The block copolymers required to prepare the sulfonated block copolymers can be obtained in several different ways, such as anionic polymerization, decelerated anionic polymerization, cationic polymerization, Ziegler-Natta polymerization, and living chain or stable free radicals. It can be made by polymerization. Anionic polymerization is described in more detail below and is also described in the references. Decelerated anionic polymerization methods for making styrenic block copolymers are, for example, US 6,391,981, US 6,455,651 and US 6,492,469, each of which is incorporated herein by reference. Is disclosed. Cationic polymerization methods for preparing block copolymers are disclosed, for example, in US 6,515,083 and US 4,946,899, each incorporated herein by reference.

ブロックコポリマーを作製するために使用され得るリビングチーグラー・ナッタ重合法は、最近、G.W.Coates,P.D.Hustad、およびS.ReinartzによりAngew.Chem.Int.Ed.,41,2236−2257(2002)に総説が示され、H.ZhangおよびK.Nomuraによるその後の刊行物(J.Am.Chem.Soc.,Comm.,2005)には、スチレン系ブロックコポリマーを作製するためのリビングチーグラー・ナッタ手法が具体的に記載されている。ニトロオキシド媒介性リビングラジカル重合化学反応の分野における広範な研究により総説が示されている。C.J.Hawker,A.W.Bosman,and E.Harth,Chem.Rev.,101(12),3661−3688(2001)参照。この総説に概略が示されているように、スチレン系ブロックコポリマーは、リビングまたは安定フリーラジカル手法によって合成され得る。ニトロオキシド媒介性重合方法は、前駆体ポリマーを調製する場合に好ましいリビング連鎖または安定フリーラジカル重合法である。   Living Ziegler-Natta polymerization methods that can be used to make block copolymers have recently been described by W. Coates, P.A. D. Hustad, and S.M. Reinartz, Angew. Chem. Int. Ed. , 41, 2366-2257 (2002), a review article is presented. Zhang and K.K. A subsequent publication by Nomura (J. Am. Chem. Soc., Comm., 2005) specifically describes the Living Ziegler-Natta technique for making styrenic block copolymers. Extensive research in the field of nitroxide-mediated living radical polymerization chemistry provides a review. C. J. et al. Hawker, A .; W. Bosman, and E.M. Harth, Chem. Rev. , 101 (12), 3661-3688 (2001). As outlined in this review, styrenic block copolymers can be synthesized by living or stable free radical techniques. The nitroxide mediated polymerization method is a preferred living chain or stable free radical polymerization method when preparing precursor polymers.

2.ポリマー構造
本開示の一態様はスルホン化ブロックコポリマーのポリマー構造に関する。一実施形態では、中和型ブロックコポリマーは少なくとも2つのポリマー末端または外側ブロックAと少なくとも1つの飽和型ポリマー内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックはスルホン化に対して抵抗性のポリマーブロックであり、各Bブロックはスルホン化され易いポリマーブロックである。
2. Polymer Structure One aspect of the present disclosure relates to the polymer structure of a sulfonated block copolymer. In one embodiment, the neutralized block copolymer has at least two polymer ends or outer blocks A and at least one saturated polymer inner block B, wherein each A block is resistant to sulfonation. Each B block is a polymer block that is easily sulfonated.

好ましいブロックコポリマー構造は、一般構成A−B−A、(A−B)n(A)、(A−B−A)n、(A−B−A)nX、(A−B)nX、A−B−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B)n(A)、(A−B−D)n(A)、(A−B−D)nX、(A−D−B)nXまたはこの混合物を有するものであり、ここで、nは2から約30の整数であり、Xはカップリング剤の残基であり、A、BおよびDは、本明細書において以下に規定するものである。   Preferred block copolymer structures have the general configurations ABA, (AB) n (A), (ABA) n, (ABA) nX, (AB) nX, A -B-D-B-A, A-D-B-D-A, (A-D-B) n (A), (A-B-D) n (A), (A-B-D) nX, (A-D-B) nX or mixtures thereof, where n is an integer from 2 to about 30, X is the residue of the coupling agent, and A, B and D are In the present specification, it is defined as follows.

最も好ましい構造体は、線状構造体、例えば、A−B−A、(A−B)2X、A−B−D−B−A、(A−B−D)2X、A−D−B−D−A、および(A−D−B)2Xならびに放射状構造体、例えば、(A−B)nXおよび(A−D−B)nX(ここで、nは3から6である。)である。かかるブロックコポリマーは、典型的にはアニオン重合、安定フリーラジカル重合、カチオン重合またはチーグラー・ナッタ重合によって作製される。好ましくは、該ブロックコポリマーはアニオン重合によって作製されるものである。当業者には、任意の重合において、ポリマー混合物に線状および/または放射状ポリマー(いずれか)に加えて一定量のA−Bジブロックコポリマーが含まれていることは理解されよう。それぞれの量が有害であることは見つかっていない。   The most preferred structures are linear structures such as ABA, (AB) 2X, ABDBA, (ABDD) 2X, ADB. -D-A, and (A-D-B) 2X and radial structures such as (A-B) nX and (A-D-B) nX (where n is 3 to 6). is there. Such block copolymers are typically made by anionic polymerization, stable free radical polymerization, cationic polymerization or Ziegler-Natta polymerization. Preferably, the block copolymer is made by anionic polymerization. One skilled in the art will appreciate that in any polymerization, the polymer mixture will include a certain amount of AB diblock copolymer in addition to the linear and / or radial polymer (any). Each amount has not been found to be harmful.

Aブロックは、重合型の(i)パラ−置換スチレンモノマー、(ii)エチレン、(iii)3から18個の炭素原子のαオレフィン、(iv)1,3−シクロジエンモノマー、(v)水素化前に35モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役ジエンのモノマー、(vi)アクリル酸エステル、(vii)メタクリル酸エステル、および(viii)この混合物から選択される1つ以上のセグメントである。Aセグメントが1,3−シクロジエンまたは共役ジエンのポリマーである場合、該セグメントは、ブロックコポリマーの重合後、ブロックコポリマーのスルホン化の前に水素化される。   The A block consists of polymerized (i) para-substituted styrene monomer, (ii) ethylene, (iii) α-olefin of 3 to 18 carbon atoms, (iv) 1,3-cyclodiene monomer, (v) hydrogen One or more segments selected from monomers of conjugated dienes having a vinyl content of less than 35 mole percent prior to conversion, (vi) acrylic acid esters, (vii) methacrylic acid esters, and (viii) this mixture. When the A segment is a polymer of 1,3-cyclodiene or conjugated diene, the segment is hydrogenated after polymerization of the block copolymer and before sulfonation of the block copolymer.

パラ−置換スチレンモノマーは、パラ−メチルスチレン、パラ−エチルスチレン、パラ−n−プロピルスチレン、パラ−イソ−プロピルスチレン、パラ−n−ブチルスチレン、パラ−sec−ブチルスチレン、パラ−イソ−ブチルスチレン、パラ−t−ブチルスチレン、パラ−デシルスチレン異性体、パラ−ドデシルスチレン異性体ならびに上記のモノマーの混合物から選択される。好ましいパラ−置換スチレンモノマーはパラ−t−ブチルスチレンおよびパラ−メチルスチレンであり、パラ−t−ブチルスチレンが最も好ましい。モノマーは、具体的な供給源にもよるが、モノマー混合物であってもよい。パラ−置換スチレンモノマーの全純度は、所望のパラ−置換スチレンモノマーの少なくとも90重量%、好ましくは少なくとも95重量%、さらにより好ましくは少なくとも98重量%であることが望ましい。   Para-substituted styrene monomers include para-methyl styrene, para-ethyl styrene, para-n-propyl styrene, para-iso-propyl styrene, para-n-butyl styrene, para-sec-butyl styrene, para-iso-butyl. Selected from styrene, para-t-butylstyrene, para-decylstyrene isomer, para-dodecylstyrene isomer and mixtures of the above monomers. Preferred para-substituted styrene monomers are para-t-butyl styrene and para-methyl styrene, with para-t-butyl styrene being most preferred. The monomer may be a monomer mixture, depending on the specific source. Desirably, the total purity of the para-substituted styrene monomer is at least 90%, preferably at least 95%, and even more preferably at least 98% by weight of the desired para-substituted styrene monomer.

Aブロックがエチレンのポリマーセグメントである場合、これは、上記のG.W.Coates et alによる参考文献の総論(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に教示されているように、エチレンをチーグラー・ナッタ法によって重合させるのに有用であり得る。エチレンブロックは、US3,450,795(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に教示されているようなアニオン重合手法を用いて作製することが好ましい。かかるエチレンブロックのブロック分子量は、典型的には約1,000から約60,000である。   When the A block is a polymer segment of ethylene, W. It may be useful to polymerize ethylene by the Ziegler-Natta method as taught in the review of references by Coates et al (the disclosure of which is incorporated herein by reference). The ethylene block is preferably made using an anionic polymerization technique as taught in US 3,450,795, the disclosure of which is incorporated herein by reference. The block molecular weight of such ethylene blocks is typically from about 1,000 to about 60,000.

Aブロックが3から18個の炭素原子のαオレフィンのポリマーである場合、かかるポリマーは、G.W.Coatesらによる参考文献の上記の総論に教示されているようなチーグラー・ナッタ法によって調製され、好ましくは、α−オレフィンはプロピレン、ブチレン、ヘキサンまたはオクタンであり、プロピレンが最も好ましい。かかる各α−オレフィンブロックのブロック分子量は、典型的には約1,000から約60,000である。   When the A block is a polymer of alpha olefins of 3 to 18 carbon atoms, such polymers are W. Prepared by the Ziegler-Natta method as taught in the above review of the reference by Coates et al., Preferably the α-olefin is propylene, butylene, hexane or octane, with propylene being most preferred. The block molecular weight of each such α-olefin block is typically from about 1,000 to about 60,000.

Aブロックが1,3−シクロジエンモノマーの水素化ポリマーである場合、かかるモノマーは、1,3−シクロヘキサジエン、1,3−シクロヘプタジエンおよび1,3−シクロオクタジエンからなる群より選択される。好ましくは、シクロジエンモノマーは1,3−シクロヘキサジエンである。かかるシクロジエンモノマーの重合はUS6,699,941(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。シクロジエンモノマーを使用する場合、水素化されていない重合型シクロジエンブロックはスルホン化され易いため、Aブロックを水素化することが必要である。従って、1,3−シクロジエンモノマーを用いたAブロックの合成後、該ブロックコポリマーは水素化される。   When the A block is a hydrogenated polymer of 1,3-cyclodiene monomer, such monomer is selected from the group consisting of 1,3-cyclohexadiene, 1,3-cycloheptadiene and 1,3-cyclooctadiene. The Preferably, the cyclodiene monomer is 1,3-cyclohexadiene. The polymerization of such cyclodiene monomers is disclosed in US 6,699,941, the disclosure of which is hereby incorporated by reference. When a cyclodiene monomer is used, it is necessary to hydrogenate the A block because a polymerized cyclodiene block that is not hydrogenated is easily sulfonated. Thus, after synthesis of the A block using 1,3-cyclodiene monomer, the block copolymer is hydrogenated.

Aブロックが水素化前に35モルパーセント未満のビニル含有量を有する非環式共役ジエンの水素化ポリマーである場合、該共役ジエンは1,3−ブタジエンであることが好ましい。水素化前のポリマーのビニル含有量は35モルパーセント未満、好ましくは30モルパーセント未満であることが必要である。一部の特定の実施形態では、水素化前のポリマーのビニル含有量は25モルパーセント未満、さらにより好ましくは20モルパーセント未満、さらには15モルパーセント未満であり、水素化前のポリマーのより好都合なビニル含有量の一例は10モルパーセント未満である。このように、Aブロックは、ポリエチレンと同様の結晶性構造を有する。かかるAブロックの構造は、US3,670,054およびUS4,107,236(これらの開示内容は各々、参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。   When the A block is a hydrogenated polymer of an acyclic conjugated diene having a vinyl content of less than 35 mole percent prior to hydrogenation, the conjugated diene is preferably 1,3-butadiene. The vinyl content of the polymer prior to hydrogenation should be less than 35 mole percent, preferably less than 30 mole percent. In some specific embodiments, the vinyl content of the polymer prior to hydrogenation is less than 25 mole percent, even more preferably less than 20 mole percent, even less than 15 mole percent, which is more convenient for the polymer before hydrogenation. An example of such a vinyl content is less than 10 mole percent. Thus, A block has the same crystalline structure as polyethylene. The structure of such an A block is disclosed in US Pat. No. 3,670,054 and US Pat. No. 4,107,236, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference.

また、Aブロックは、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのポリマーセグメントであってもよい。かかるポリマーブロックは、US6,767,976(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示された方法に従って作製され得る。メタクリル酸エステルの具体例としては、第1級アルコールとメタクリル酸のエステル、例えば、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ドデシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、トリメトキシシリルプロピルメタクリレート、トリフルオロメチルメタクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、第2級アルコールとメタクリル酸のエステル、例えば、イソプロピルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレートおよびイソボルニルメタクリレート、ならびに第3級アルコールとメタクリル酸のエステル、例えば、tert−ブチルメタクリレートが挙げられる。アクリル酸エステルの具体例としては、第1級アルコールとアクリル酸のエステル、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、ドデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、トリメトキシシリルプロピルアクリレート、トリフルオロメチルアクリレート、トリフルオロエチルアクリレート、第2級アルコールとアクリル酸のエステル、例えば、イソプロピルアクリレート、シクロヘキシルアクリレートおよびイソボルニルアクリレート、ならびに第3級アルコールとアクリル酸のエステル、例えば、tert−ブチルアクリレートが挙げられる。必要な場合は、原料(1種類または複数種)として、1種類以上の他のアニオン重合性モノマーを該(メタ)アクリル酸エステルと一緒に使用してもよい。場合により使用され得るアニオン重合性モノマーの例としては、メタクリル系またはアクリル系モノマー、例えば、トリメチルシリルメタクリレート、N−,N−ジメチルメタクリルアミド、N,N−ジイソプロピルメタクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N,N−メチルエチルメタクリルアミド、N,N−ジ−tert−ブチルメタクリルアミド、トリメチルシリルアクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、N,N−ジ−イソプロピルアクリルアミド、N,N−メチルエチルアクリルアミドおよびN,N−ジ−tert−ブチルアクリルアミドが挙げられる。さらに、分子内に2つ以上のメタクリル系またはアクリル系構造、例えば、メタクリル酸エステル構造またはアクリル酸エステル構造(例えば、エチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジメタクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートおよびトリメチロールプロパントリメタクリレート)を有する多官能性アニオン重合性モノマーを使用してもよい。   The A block may be a polymer segment of acrylic ester or methacrylic ester. Such polymer blocks can be made according to the methods disclosed in US Pat. No. 6,767,976, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Specific examples of methacrylic acid esters include esters of primary alcohol and methacrylic acid, such as methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, hexyl methacrylate, 2-ethylhexyl methacrylate, dodecyl methacrylate, lauryl. Methacrylate, methoxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl methacrylate, glycidyl methacrylate, trimethoxysilylpropyl methacrylate, trifluoromethyl methacrylate, trifluoroethyl methacrylate, secondary alcohol and methacrylic acid esters such as isopropyl methacrylate, cyclohexyl Methacrylate and A Isobornyl methacrylate and esters of a tertiary alcohol and methacrylic acid, for example, tert- butyl methacrylate. Specific examples of acrylic esters include esters of primary alcohol and acrylic acid, such as methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, hexyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, dodecyl acrylate, lauryl. Acrylate, methoxyethyl acrylate, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, trimethoxysilylpropyl acrylate, trifluoromethyl acrylate, trifluoroethyl acrylate, secondary alcohol and acrylic acid ester such as isopropyl acrylate, cyclohexyl Acrylate and isobornyl acrylate, and tertiary al Esters Lumpur acrylic acid, for example, tert- butyl acrylate. If necessary, one or more other anionic polymerizable monomers may be used together with the (meth) acrylic acid ester as a raw material (one or more). Examples of anionic polymerizable monomers that may optionally be used include methacrylic or acrylic monomers such as trimethylsilyl methacrylate, N-, N-dimethylmethacrylamide, N, N-diisopropylmethacrylamide, N, N-diethylmethacrylamide N, N-methylethylmethacrylamide, N, N-di-tert-butylmethacrylamide, trimethylsilyl acrylate, N, N-dimethylacrylamide, N, N-diisopropylacrylamide, N, N-methylethylacrylamide and N , N-di-tert-butylacrylamide. Further, two or more methacrylic or acrylic structures in the molecule, such as a methacrylic ester structure or an acrylic ester structure (for example, ethylene glycol diacrylate, ethylene glycol dimethacrylate, 1,4-butanediol diacrylate, 1 , 4-butanediol dimethacrylate, 1,6-hexanediol diacrylate, 1,6-hexanediol dimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate and trimethylolpropane trimethacrylate) May be.

アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルのポリマーブロックを作製するために使用される重合法において、1種類のモノマー(例えば、(メタ)アクリル酸エステル)だけ使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。2種類以上のモノマーを組み合わせて使用する場合、ランダム、ブロック、テーパードブロックなどの共重合形態から選択される任意の共重合形態が、条件、例えば、モノマーの組合せおよび重合系にモノマーを添加するタイミング(例えば、2種類以上のモノマーの同時添加、または所与の時間間隔での別々の添加)を選択することにより行なわれ得る。   In the polymerization method used for preparing the polymer block of acrylic ester or methacrylic ester, only one type of monomer (for example, (meth) acrylic ester) may be used, or two or more types are used in combination. May be. When two or more kinds of monomers are used in combination, any copolymerization form selected from copolymerization forms such as random, block, tapered block, etc. can be used under conditions such as the combination of monomers and the timing of adding the monomer to the polymerization system. (E.g., simultaneous addition of two or more monomers, or separate additions at given time intervals) can be performed.

また、Aブロックは、15モルパーセントまでの芳香族ビニルモノマー、例えば、以下により詳細に取り上げるBブロックに存在するものを含むものであってもよい。一部の実施形態では、Aブロックは、Bブロックについて記載する芳香族ビニルモノマーを10モルパーセントまで含むものであり得、好ましくは、5モルパーセントまでしか、特に好ましくは2モルパーセントまでしか含まないものである。しかしながら、最も好ましい実施形態では、Aブロックには、Bブロックに存在するビニルモノマーが含まれていない。Aブロックのスルホン化レベルは、Aブロック内の全モノマーの0から15モルパーセントまでであり得る。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   The A block may also include up to 15 mole percent aromatic vinyl monomers, such as those present in the B block, which will be discussed in more detail below. In some embodiments, the A block may contain up to 10 mole percent of the aromatic vinyl monomer described for the B block, preferably only up to 5 mole percent, particularly preferably up to 2 mole percent. Is. However, in the most preferred embodiment, the A block does not contain vinyl monomers present in the B block. The sulfonation level of the A block can be from 0 to 15 mole percent of all monomers in the A block. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein.

Bブロックは、各場合において、非置換スチレンモノマー、オルト−置換スチレンモノマー、メタ−置換スチレンモノマー、α−メチルスチレンモノマー、1,1−ジフェニルエチレンモノマー、1,2−ジフェニルエチレンモノマー、およびこの混合物から選択される1種類以上の重合型芳香族ビニルモノマーのセグメントを含むものである。また、上記のモノマーおよびポリマーに加え、Bブロックは、かかるモノマー(1種類または複数種)と、1,3−ブタジエン、イソプレンおよびこの混合物から選択される20から80モルパーセントのビニル含有量を有する共役ジエンとの一部または完全に水素化されたコポリマーを含むものであってもよい。一部または完全に水素化されたジエンを有するこのようなコポリマーは、ランダムコポリマー、テーパードコポリマー、ブロックコポリマーまたは分布制御型コポリマーであり得る。好ましい一実施形態では、Bブロックは、選択的に一部または完全に水素化されており、共役ジエンとこの段落に記載の芳香族ビニルモノマーのコポリマーを含むものである。別の好ましい実施形態では、Bブロックは非置換スチレンモノマーブロックであり、これは該モノマーの性質のおかげで飽和型であり、水素化するさらなる処理工程が必要とされない。分布制御型構造を有するBブロックはUS7,169,848(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。また、US7,169,848にはスルホン化ブロックコポリマーの調製も開示されている。スチレンブロックを含むBブロックは本明細書に記載している。好ましい一実施形態では、Bブロックは、非置換スチレンで構成されたものであり、別途の水素化工程が必要とされない。   The B block is in each case an unsubstituted styrene monomer, an ortho-substituted styrene monomer, a meta-substituted styrene monomer, an α-methylstyrene monomer, a 1,1-diphenylethylene monomer, a 1,2-diphenylethylene monomer, and mixtures thereof It includes a segment of one or more types of polymerized aromatic vinyl monomers selected from: Also, in addition to the monomers and polymers described above, the B block has a vinyl content of 20 to 80 mole percent selected from such monomer (s) and 1,3-butadiene, isoprene and mixtures thereof. It may include partially or fully hydrogenated copolymers with conjugated dienes. Such copolymers with partially or fully hydrogenated dienes can be random copolymers, tapered copolymers, block copolymers or distribution controlled copolymers. In one preferred embodiment, the B block is selectively partially or fully hydrogenated and comprises a copolymer of a conjugated diene and an aromatic vinyl monomer described in this paragraph. In another preferred embodiment, the B block is an unsubstituted styrene monomer block, which is saturated due to the nature of the monomer and does not require additional processing steps to hydrogenate. B blocks having a distribution-controlled structure are disclosed in US 7,169,848, the disclosure of which is incorporated herein by reference. US 7,169,848 also discloses the preparation of sulfonated block copolymers. B blocks containing styrene blocks are described herein. In one preferred embodiment, the B block is composed of unsubstituted styrene and does not require a separate hydrogenation step.

本開示の別の態様では、該ブロックコポリマーは、20℃より下のガラス転移温度を有する少なくとも1つの耐衝撃性改良剤ブロックDを含むものである。一実施形態では、耐衝撃性改良剤ブロックDは、イソプレン、1,3−ブタジエンおよびこの混合物から選択される共役ジエンの水素化ポリマーまたはコポリマーを含むものであり、該ポリマーブロックのブタジエン部分は20から80モルパーセントの水素化前ビニル含有量を有し、該ポリマーブロックは1,000から50,000の数平均分子量を有する。別の実施形態では、耐衝撃性改良剤ブロックDは、1,000から50,000の数平均分子量を有するアクリレートポリマーまたはシリコーンポリマーを含むものである。さらに別の実施形態では、耐衝撃性改良剤ブロックDブロックは、1,000から50,000の数平均分子量を有するイソブチレンのポリマーブロックである。   In another aspect of the present disclosure, the block copolymer comprises at least one impact modifier block D having a glass transition temperature below 20 ° C. In one embodiment, impact modifier block D comprises a hydrogenated polymer or copolymer of conjugated dienes selected from isoprene, 1,3-butadiene and mixtures thereof, wherein the butadiene portion of the polymer block is 20 The polymer block has a number average molecular weight of 1,000 to 50,000. In another embodiment, the impact modifier block D comprises an acrylate polymer or silicone polymer having a number average molecular weight of 1,000 to 50,000. In yet another embodiment, the impact modifier block D block is a polymer block of isobutylene having a number average molecular weight of 1,000 to 50,000.

各Aブロックは独立して、約1,000から約60,000の数平均分子量を有し、各Bブロックは独立して、約10,000から約300,000の数平均分子量を有する。好ましくは、各Aブロックは、2,000から50,000、より好ましくは3,000から40,000、さらにより好ましくは3,000から30,000の数平均分子量を有する。好ましくは、各Bブロックは、15,000から250,000、より好ましくは20,000から200,000、さらにより好ましくは30,000から100,000の数平均分子量を有する。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示した数平均分子量の任意の組合せが包含されていることが理解されよう。このような分子量は、光散乱測定によって最も正確に測定され、数平均分子量として表示される。好ましくは、該スルホン化ポリマーは、約8モルパーセントから約80モルパーセント、好ましくは約10から約60モルパーセントのAブロック、より好ましくは15モルパーセントより多くのAブロック、さらにより好ましくは約20から約50モルパーセントのAブロックを有する。   Each A block independently has a number average molecular weight of about 1,000 to about 60,000, and each B block independently has a number average molecular weight of about 10,000 to about 300,000. Preferably, each A block has a number average molecular weight of 2,000 to 50,000, more preferably 3,000 to 40,000, and even more preferably 3,000 to 30,000. Preferably, each B block has a number average molecular weight of 15,000 to 250,000, more preferably 20,000 to 200,000, and even more preferably 30,000 to 100,000. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges include any combination of the specified number average molecular weights, even if specific combinations and ranges are not listed herein. . Such molecular weight is most accurately measured by light scattering measurement and is displayed as a number average molecular weight. Preferably, the sulfonated polymer is from about 8 mole percent to about 80 mole percent, preferably from about 10 to about 60 mole percent A block, more preferably more than 15 mole percent A block, even more preferably about 20 mole percent. To about 50 mole percent A block.

スルホン化ブロックコポリマー内の非置換スチレンモノマー、オルト−置換スチレンモノマー、メタ−置換スチレンモノマー、α−メチルスチレンモノマー、1,1−ジフェニルエチレンモノマーおよび1,2−ジフェニルエチレンモノマーである芳香族ビニルモノマーの相対量は約5から約90モルパーセント、好ましくは約5から約85モルパーセントである。択一的な実施形態では、該量は約10から約80モルパーセント、好ましくは約10から約75モルパーセント、より好ましくは約15から約75モルパーセントであり、最も好ましいのは約25から約70モルパーセントである。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せが本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   Aromatic vinyl monomers which are unsubstituted styrene monomers, ortho-substituted styrene monomers, meta-substituted styrene monomers, α-methylstyrene monomers, 1,1-diphenylethylene monomers and 1,2-diphenylethylene monomers in sulfonated block copolymers The relative amount of is from about 5 to about 90 mole percent, preferably from about 5 to about 85 mole percent. In alternative embodiments, the amount is from about 10 to about 80 mole percent, preferably from about 10 to about 75 mole percent, more preferably from about 15 to about 75 mole percent, and most preferably from about 25 to about 75 mole percent. 70 mole percent. Those skilled in the art will appreciate that the preferred range encompasses any combination of the stated mole percentages, even if the specific combination is not listed herein.

好ましい一実施形態では、各Bブロック内の非置換スチレンモノマー、オルト−置換スチレンモノマー、メタ−置換スチレンモノマー、α−メチルスチレンモノマー、1,1−ジフェニルエチレンモノマーおよび1,2−ジフェニルエチレンモノマーである芳香族ビニルモノマーのモルパーセントは約10から約100モルパーセント、好ましくは約25から約100モルパーセント、より好ましくは約50から約100モルパーセント、さらにより好ましくは約75から約100モルパーセント、最も好ましくは100モルパーセントである。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   In a preferred embodiment, in each B block, an unsubstituted styrene monomer, an ortho-substituted styrene monomer, a meta-substituted styrene monomer, an α-methylstyrene monomer, a 1,1-diphenylethylene monomer, and a 1,2-diphenylethylene monomer. The mole percent of certain aromatic vinyl monomers is from about 10 to about 100 mole percent, preferably from about 25 to about 100 mole percent, more preferably from about 50 to about 100 mole percent, even more preferably from about 75 to about 100 mole percent, Most preferred is 100 mole percent. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein.

典型的なスルホン化レベルは、各Bブロックが1つ以上のスルホン酸官能基を含むようなものである。好ましいスルホン化レベルは、各Bブロック内の非置換スチレンモノマー、オルト−置換スチレンモノマー、メタ−置換スチレンモノマー、α−メチルスチレンモノマー、1,1−ジフェニルエチレンモノマーおよび1,2−ジフェニルエチレンモノマーである芳香族ビニルモノマーのモルパーセントに対して10から100モルパーセント、より好ましくは約20から95モルパーセント、さらにより好ましくは約30から90モルパーセントである。当業者には、スルホン化の好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。スルホン化レベルは、アルコールと水の混合溶媒中にNaOHを含む標準液を用いた乾燥ポリマー試料(該試料は、テトラヒドロフラン中に再溶解させておく。)の滴定によって測定される。   A typical sulfonation level is such that each B block contains one or more sulfonic acid functional groups. Preferred sulfonation levels are unsubstituted styrene monomer, ortho-substituted styrene monomer, meta-substituted styrene monomer, α-methylstyrene monomer, 1,1-diphenylethylene monomer and 1,2-diphenylethylene monomer in each B block. 10 to 100 mole percent, more preferably about 20 to 95 mole percent, and even more preferably about 30 to 90 mole percent, relative to the mole percent of certain aromatic vinyl monomers. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges for sulfonation include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein. Let's be done. The sulfonation level is measured by titration of a dry polymer sample (which is redissolved in tetrahydrofuran) using a standard solution containing NaOH in a mixed solvent of alcohol and water.

3.ポリマーを調製するための全般的なアニオン法
アニオン重合法は、適当なモノマーを溶液中で、リチウム開始剤を用いて重合させることを含むものである。重合媒体として使用される溶媒は、形成中のポリマーのリビングアニオン鎖末端と反応せず、市販の重合ユニットでの取り扱いが容易であり、生成物ポリマーに適切な溶解度特性をもたらす任意の炭化水素であり得る。例えば、無極性の脂肪族炭化水素(これは、一般的に、イオン化性の水素原子がないものである。)が特に好適な溶媒となる。多くの場合で使用されるのは、環状アルカン、例えば、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンおよびシクロオクタン(これらはすべて比較的無極性である。)である。他の好適な溶媒は当業者に知られており、所与の組の処理条件において有効に行われるように選択され得、重合温度は考慮される主要な要素の1つである。
3. General Anionic Method for Preparing Polymers Anionic polymerization methods involve polymerizing a suitable monomer in solution with a lithium initiator. The solvent used as the polymerization medium is any hydrocarbon that does not react with the living anionic chain ends of the polymer being formed, is easy to handle in commercially available polymerization units, and provides suitable solubility characteristics for the product polymer. possible. For example, nonpolar aliphatic hydrocarbons (which generally have no ionizable hydrogen atoms) are particularly suitable solvents. Often used are cyclic alkanes such as cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane and cyclooctane, which are all relatively nonpolar. Other suitable solvents are known to those skilled in the art and can be selected to perform effectively in a given set of processing conditions, with the polymerization temperature being one of the major factors considered.

本開示のブロックコポリマーを調製するための出発物質としては、上記の初期モノマーが挙げられる。アニオン共重合のための他の重要な出発物質としては、1種類以上の重合開始剤が挙げられる。本開示において、好適な開始剤としては、例えば、アルキルリチウム化合物、例えば、s−ブチルリチウム、n−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、アミルリチウムなど、および他の有機リチウム化合物、例えば、ジ−型開始剤、例えば、m−ジイソプロペニルベンゼンのジ−sec−ブチルリチウム付加物が挙げられる。他のかかるジ−型開始剤はUS6,492,469(この開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。種々の重合開始剤のうち、s−ブチルリチウムが好ましい。開始剤は、重合混合物(モノマーおよび溶媒を含む。)中に、所望のポリマー鎖あたり1分子の開始剤の基準で計算される量で使用され得る。リチウム開始剤による方法はよく知られており、例えば、US4,039,593および米国再発行特許第27,145号(各々の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に記載されている。   Starting materials for preparing the block copolymers of the present disclosure include the initial monomers described above. Other important starting materials for anionic copolymerization include one or more polymerization initiators. In the present disclosure, suitable initiators include, for example, alkyl lithium compounds such as s-butyl lithium, n-butyl lithium, t-butyl lithium, amyl lithium, and other organolithium compounds such as di-type. Initiators, for example, di-sec-butyllithium adducts of m-diisopropenylbenzene. Other such di-type initiators are disclosed in US 6,492,469, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Of various polymerization initiators, s-butyllithium is preferred. The initiator can be used in the polymerization mixture (including monomer and solvent) in an amount calculated on the basis of one molecule of initiator per desired polymer chain. Lithium initiator processes are well known and are described, for example, in US Pat. No. 4,039,593 and US Reissued Patent No. 27,145, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference. .

本開示のブロックコポリマーを調製するための重合条件は、典型的には、アニオン重合全般に使用されるものと同様である。重合は、好ましくは約−30℃から約150℃、より好ましくは約10℃から約100℃、最も好ましくは、産業上の制限に鑑みて約30℃から約90℃の温度で行われる。重合は不活性雰囲気中、好ましくは窒素下で行われ、また、約0.5から約10バールの範囲内の圧力下で行ってもよい。この共重合に必要とされるのは一般的に約12時間未満であり、温度、モノマー成分の濃度および所望されるポリマーの分子量にもよるが、約5分間から約5時間で行われ得る。2種類以上のモノマーを組み合わせて使用する場合、ランダム、ブロック、テーパードブロック、分布制御型ブロックなどの共重合形態から選択される任意の共重合形態が使用され得る。   The polymerization conditions for preparing the block copolymers of the present disclosure are typically similar to those used for anionic polymerization in general. The polymerization is preferably carried out at a temperature of from about -30 ° C to about 150 ° C, more preferably from about 10 ° C to about 100 ° C, most preferably from about 30 ° C to about 90 ° C in view of industrial limitations. The polymerization is performed in an inert atmosphere, preferably under nitrogen, and may be performed under a pressure in the range of about 0.5 to about 10 bar. This copolymerization generally requires less than about 12 hours and can be performed in about 5 minutes to about 5 hours, depending on the temperature, the concentration of monomer components and the desired molecular weight of the polymer. When two or more types of monomers are used in combination, any copolymerized form selected from copolymerized forms such as random, block, tapered block, and distribution control type block can be used.

当業者には、アニオン重合法がルイス酸、例えば、アルキルアルミニウム、アルキルマグネシウム、アルキル亜鉛またはこの組合せの添加によって減速され得ることが理解されよう。該重合法に対するルイス酸の添加の効果は、
1)リビングポリマー溶液の粘度が下がり、高ポリマー濃度で操作される方法が可能になり、従って、使用する溶媒が少なくなること、
2)リビングポリマー鎖末端の熱安定性が向上し、これにより高温での重合が可能になり、この場合もポリマー溶液の粘度が下がり、溶媒の使用を少なくすることが可能なこと、および
3)反応速度が遅くなり、これにより、標準的なアニオン重合法で使用されていた反応熱除去のための同じ技術を使用しつつ、より高温での重合が可能になること
である。
One skilled in the art will appreciate that the anionic polymerization process can be slowed by the addition of Lewis acids such as alkylaluminum, alkylmagnesium, alkylzinc or combinations thereof. The effect of the addition of Lewis acid to the polymerization method is
1) The viscosity of the living polymer solution is reduced, allowing a method to be operated at a high polymer concentration, thus using less solvent,
2) The thermal stability of the living polymer chain ends is improved, which enables polymerization at high temperatures, which also reduces the viscosity of the polymer solution and reduces the use of solvents, and 3) The reaction rate is slow, which allows polymerization at higher temperatures while using the same technique for heat removal of reactions used in standard anionic polymerization methods.

アニオン重合手法を減速させるためのルイス酸の使用の方法処理上の有益性はUS6,391,981、US6,455,651およびUS6,492,469(各々の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。関連情報はUS6,444,767およびUS6,686,423(各々の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されている。かかる減速型アニオン重合法によって作製され得るポリマーは、慣用的なアニオン重合法を用いて調製されるものと同じ構造を有するものであり得、このため、この方法は本開示のポリマーの作製に有用であり得る。ルイス酸による減速型アニオン重合法では100℃から150℃の反応温度が好ましく、これは、この温度では非常に高いポリマー濃度での反応の実施を利用することが可能なためである。化学量論的過剰のルイス酸を使用してもよいが、ほとんどの場合、方法処理の改善において、過剰のルイス酸の追加コストを納得するのに充分な有益性はみられない。減速型アニオン重合手法を用いた方法のパフォーマンスにおける改善を得るためには、リビングアニオン鎖末端1モルあたり約0.1から約1モルのルイス酸を使用することが好ましい。   The process benefits of using Lewis acids to slow anionic polymerization techniques are described in US 6,391,981, US 6,455,651 and US 6,492,469, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference. Is disclosed. Related information is disclosed in US 6,444,767 and US 6,686,423, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference. Polymers that can be made by such a slow anionic polymerization method can have the same structure as those prepared using conventional anionic polymerization methods, and thus this method is useful for making the polymers of the present disclosure. It can be. In the decelerating anionic polymerization method with Lewis acid, a reaction temperature of 100 ° C. to 150 ° C. is preferred because it is possible to use the reaction at a very high polymer concentration at this temperature. Although a stoichiometric excess of Lewis acid may be used, in most cases there will not be enough benefit to convince the additional cost of excess Lewis acid in improving the process. In order to obtain improvements in the performance of the process using the slow anionic polymerization technique, it is preferred to use from about 0.1 to about 1 mole of Lewis acid per mole of living anion chain ends.

放射状(分枝状)ポリマーの調製には、「カップリング」と称される重合後工程が必要とされる。上記の放射状の形式では、nは、3から約30、好ましくは約3から約15、より好ましくは3から6の整数であり、Xはカップリング剤の残余部または残基である。さまざまなカップリング剤が当該技術分野で知られており、該ブロックコポリマーの調製に使用され得る。このようなものとしては、例えば、ジハロアルカン、ハロゲン化ケイ素、シロキサン、多官能性エポキシド、シリカ化合物、一価アルコールとカルボン酸とのエステル(例えば、メチルベンゾエートおよびジメチルアジペート)ならびにエポキシ化油が挙げられる。星型形状のポリマーは、例えば、US3,985,830、US4,391,949およびUS4,444,953、ならびにCA716,645(各々の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に開示されているようなポリアルケニルカップリング剤を用いて調製される。好適なポリアルケニルカップリング剤としてはジビニルベンゼン、好ましくはm−ジビニルベンゼンが挙げられる。好ましいのは、テトラ−アルコキシシラン、例えば、テトラ−メトキシシラン(TMOS)およびテトラ−エトキシシラン(TEOS)、トリ−アルコキシシラン、例えば、メチルトリメトキシシラン(MTMS)、脂肪族ジエステル、例えば、ジメチルアジペートおよびジエチルアジペート、ならびにジグリシジル芳香族エポキシ化合物、例えば、ビス−フェノールAとエピクロロヒドリンの反応により誘導されるジグリシジルエーテルである。   Preparation of radial (branched) polymers requires a post-polymerization step called “coupling”. In the radial form described above, n is an integer from 3 to about 30, preferably from about 3 to about 15, more preferably from 3 to 6, and X is the remainder or residue of the coupling agent. Various coupling agents are known in the art and can be used to prepare the block copolymers. Such include, for example, dihaloalkanes, silicon halides, siloxanes, polyfunctional epoxides, silica compounds, esters of monohydric alcohols and carboxylic acids (eg, methyl benzoate and dimethyl adipate) and epoxidized oils. It is done. Star shaped polymers are disclosed, for example, in US 3,985,830, US 4,391,949 and US 4,444,953, and CA 716,645, the disclosure of each of which is incorporated herein by reference. It is prepared using a polyalkenyl coupling agent. Suitable polyalkenyl coupling agents include divinylbenzene, preferably m-divinylbenzene. Preference is given to tetra-alkoxysilanes such as tetra-methoxysilane (TMOS) and tetra-ethoxysilane (TEOS), tri-alkoxysilanes such as methyltrimethoxysilane (MTMS), aliphatic diesters such as dimethyl adipate And diethyl adipate, and diglycidyl aromatic epoxy compounds such as diglycidyl ethers derived from the reaction of bis-phenol A with epichlorohydrin.

また、線状ポリマーも重合後「カップリング」工程によって調製され得る。しかしながら、放射状ポリマーとは異なり、上記の式中の「n」は整数2であり、Xはカップリング剤の残余部または残基である。   Linear polymers can also be prepared by a “coupling” step after polymerization. However, unlike radial polymers, “n” in the above formula is the integer 2 and X is the remainder or residue of the coupling agent.

4.水素化ブロックコポリマーを調製するための方法
記載のように、一部の場合では、即ち、(1)B内部ブロック内にジエンが存在する場合、(2)Aブロックが1,3−シクロジエンのポリマーである場合、(3)耐衝撃性改良剤ブロックDが存在する場合、および(4)Aブロックが、35モルパーセント未満のビニル含有量を有する共役ジエンのポリマーである場合では、ブロックコポリマーを選択的に水素化し、いかなるエチレン性不飽和もスルホン化前に除去することが必要である。水素化により、一般的に、熱安定性、紫外光安定性、酸化安定性が改善され、従って、最終ポリマーの耐候性が改善され、AブロックまたはDブロックのスルホン化のリスクが低減される。
4). Methods for preparing hydrogenated block copolymers As described, in some cases (1) when a diene is present in the B internal block, (2) a polymer in which the A block is 1,3-cyclodiene If (3) the impact modifier block D is present, and (4) the A block is a polymer of a conjugated diene having a vinyl content of less than 35 mole percent, a block copolymer is selected. It is necessary to hydrogenate and to remove any ethylenic unsaturation prior to sulfonation. Hydrogenation generally improves thermal stability, ultraviolet light stability, oxidative stability, thus improving the weather resistance of the final polymer and reducing the risk of sulfonation of the A block or D block.

水素化は、先行技術において知られた幾つかの水素化方法または選択的水素化方法のいずれかによって行われ得る。かかる水素化は、例えば、US3,595,942、US3,634,549、US3,670,054、US3,700,633、および米国再発行特許第27,145号(各々の開示内容は参照により本明細書に組み込まれる。)に教示されたものなどの方法を用いて行われている。これらの方法は、エチレン性不飽和を含むポリマーが水素化されるように操作され、適当な触媒の作用に基づいたものである。かかる触媒または触媒前駆体は、好ましくは第8から10族の金属、例えば、ニッケルまたはコバルトを含むものであり、適当な還元剤、例えば、アルキルアルミニウムまたは元素の周期表の第1、2および13族から選択される金属、特に、リチウム、マグネシウムまたはアルミニウムの水素化物と併用される。この調製は、好適な溶媒中または希釈剤中で、約20℃から約80℃の温度にて行われ得る。有用な他の触媒としてはチタン系の触媒系が挙げられる。   Hydrogenation can be carried out by any of several hydrogenation methods or selective hydrogenation methods known in the prior art. Such hydrogenation is described, for example, in US Pat. No. 3,595,942, US Pat. No. 3,634,549, US Pat. No. 3,670,054, US Pat. No. 3,700,633, and US Pat. Incorporated in the specification)) and the like. These processes are based on the action of a suitable catalyst, operated so that the polymer containing ethylenic unsaturation is hydrogenated. Such catalysts or catalyst precursors are preferably those containing a Group 8 to 10 metal, such as nickel or cobalt, and suitable reducing agents, such as alkyl aluminum or elements 1, 2, and 13 of the periodic table of elements. Used in combination with a metal selected from the group, in particular hydrides of lithium, magnesium or aluminum. This preparation may be performed in a suitable solvent or diluent at a temperature of about 20 ° C. to about 80 ° C. Other useful catalysts include titanium-based catalyst systems.

水素化は、共役ジエン二重結合の少なくとも約90パーセントが還元され、アレーン二重結合のゼロから10パーセントが還元されるような条件下で行われ得る。好ましい範囲は、共役ジエン二重結合の少なくとも約95パーセントが還元され、より好ましくは共役ジエン二重結合の約98パーセントが還元されるものである。   Hydrogenation may be performed under conditions such that at least about 90 percent of the conjugated diene double bonds are reduced and zero to 10 percent of the arene double bonds are reduced. A preferred range is one in which at least about 95 percent of the conjugated diene double bonds are reduced, more preferably about 98 percent of the conjugated diene double bonds are reduced.

水素化が終了したら、ポリマー溶液を比較的大量の水性の酸(好ましくは、1から30重量パーセントの酸)とともに、1部のポリマー溶液に対して約0.5部の水性の酸の容量比で撹拌することにより触媒を酸化して抽出することが好ましい。この酸の性質は重要でない。好適な酸としては、リン酸、硫酸および有機酸が挙げられる。この撹拌は、酸素と窒素の混合物をスパージングしながら約50℃で約30から約60分間継続する。この工程では、酸素と炭化水素の爆発性の混合物が形成されることが回避されるように注意を払わなければならない。   When the hydrogenation is complete, the polymer solution, together with a relatively large amount of aqueous acid (preferably 1 to 30 weight percent acid), has a volume ratio of about 0.5 parts aqueous acid to 1 part polymer solution. The catalyst is preferably oxidized and extracted by stirring at The nature of this acid is not important. Suitable acids include phosphoric acid, sulfuric acid and organic acids. This stirring is continued for about 30 to about 60 minutes at about 50 ° C. while sparging a mixture of oxygen and nitrogen. Care must be taken in this process to avoid the formation of an explosive mixture of oxygen and hydrocarbons.

5.スルホン化ポリマーの作製方法
本明細書に開示した多くの実施形態によれば、上記で調製されるブロックコポリマーをスルホン化し、液状でミセル形態のスルホン化ポリマー生成物を得る。このミセル形態では、スルホン化ブロックコポリマーは、メンブレンにキャスティングされる前に中和され得、同時に、スルホン化ブロックコポリマーは液状のまま、ゲル化および/または析出のリスクが低減される。
5. Methods for Making Sulfonated Polymers According to many embodiments disclosed herein, the block copolymer prepared above is sulfonated to obtain a sulfonated polymer product in liquid, micellar form. In this micelle form, the sulfonated block copolymer can be neutralized before being cast on the membrane, while at the same time the sulfonated block copolymer remains liquid and the risk of gelling and / or precipitation is reduced.

なんら特定の理論に拘束されないが、スルホン化ブロックコポリマーのミセル構造は、相当な量の消費されたスルホン化剤残基を有するスルホン化ブロック(1つまたは複数)を含むコアを有しており、該コアはスルホン化抵抗性ブロック(1つまたは複数)によって囲まれており、該スルホン化抵抗性ブロックがさらに有機非ハロゲン化脂肪族溶媒によって膨潤すると説明され得ることが本発明における確信である。以下により詳細にさらに記載するように、スルホン化ブロックはスルホン酸官能基および/またはスルホン酸エステル官能基の存在のため極性が高い。従って、かかるスルホン化ブロックはコア内に封鎖され、一方、外側のスルホン化抵抗性ブロックはシェルを形成し、これが非ハロゲン化脂肪族溶媒によって溶媒和される。離散型ミセルの形成に加え、ポリマー凝集体の形成もみられ得る。なんら特定の理論に拘束されないが、ポリマー凝集体は、離散型の構造、またはミセルについて示される説明以外の様式でのポリマー鎖の会合により生じた非離散型の構造、および/または疎性に凝集した2つ以上の離散型ミセル群であると説明され得る。従って、ミセル形態の溶媒和されたスルホン化ブロックコポリマーは、離散型ミセルおよび/またはミセル凝集体を含むものであり得、かかる溶液には、場合により、該ミセル構造以外の構造を有する凝集ポリマー鎖も含まれている場合があり得る。   Without being bound by any particular theory, the micelle structure of the sulfonated block copolymer has a core that includes the sulfonated block (s) with a significant amount of consumed sulfonating agent residues, It is a belief in the present invention that the core is surrounded by sulfonated resistant block (s) and can be described as further swelled by organic non-halogenated aliphatic solvents. As described in more detail below, the sulfonated block is highly polar due to the presence of sulfonic acid functional groups and / or sulfonic acid ester functional groups. Accordingly, such sulfonated blocks are sequestered within the core, while the outer sulfonated resistant block forms a shell that is solvated by the non-halogenated aliphatic solvent. In addition to the formation of discrete micelles, the formation of polymer aggregates can also be seen. Without being bound by any particular theory, polymer aggregates are discrete structures, or non-discrete structures resulting from association of polymer chains in a manner other than that shown for micelles, and / or loosely aggregated Can be described as two or more discrete micelle groups. Accordingly, a solvated sulfonated block copolymer in the form of micelles may comprise discrete micelles and / or micelle aggregates, such solutions may optionally contain aggregated polymer chains having a structure other than the micelle structure. May also be included.

ミセルは、スルホン化過程の結果として形成され得るか、またはブロックコポリマーをスルホン化前にミセル構造に配列させてもよい。   Micelles can be formed as a result of the sulfonation process, or the block copolymer can be arranged in a micelle structure prior to sulfonation.

一部の実施形態では、ミセルの形成に、WO2008/089332に記載のスルホン化法が使用され得る。該方法は、US2007/021569に記載のようなスルホン化スチレン系ブロックコポリマーの調製に有用である。   In some embodiments, the sulfonation method described in WO2008 / 089332 can be used to form micelles. The method is useful for the preparation of sulfonated styrenic block copolymers as described in US2007 / 021569.

重合後、該ポリマーは、スルホン化試薬、例えば硫酸アシルを少なくとも1種類の非ハロゲン化脂肪族溶媒中で用いてスルホン化され得る。一部の実施形態では、前駆体ポリマーが、該前駆体ポリマーの作製により生じた反応混合物から単離し、洗浄し、乾燥させた後にスルホン化され得る。他の一部の実施形態では、前駆体ポリマーが、該前駆体ポリマーの作製により生じた反応混合物から単離せずにスルホン化され得る。   After polymerization, the polymer can be sulfonated using a sulfonate reagent such as acyl sulfate in at least one non-halogenated aliphatic solvent. In some embodiments, the precursor polymer can be sulfonated after being isolated from the reaction mixture resulting from the preparation of the precursor polymer, washed and dried. In some other embodiments, the precursor polymer can be sulfonated without isolation from the reaction mixture resulting from the preparation of the precursor polymer.

(i)溶媒
有機溶媒は好ましくは非ハロゲン化脂肪族溶媒であり、該コポリマーの1つ以上のスルホン化抵抗性ブロックまたは非スルホン化ブロックを溶媒和させる機能を果たす第1の非ハロゲン化脂肪族溶媒を含むものである。第1の非ハロゲン化脂肪族溶媒としては、約5から10個の炭素を有する置換または非置換の環状脂肪族炭化水素が挙げられ得る。非限定的な例としては、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘプタン、シクロオクタンおよびこの混合物が挙げられる。最も好ましい溶媒はシクロヘキサン、シクロペンタンおよびメチルシクロヘキサンである。また、第1の溶媒は該ポリマーブロックのアニオン重合の重合媒体として使用されるものと同じ溶媒であってもよい。
(I) Solvent The organic solvent is preferably a non-halogenated aliphatic solvent, a first non-halogenated aliphatic that serves to solvate one or more sulfonated resistant blocks or non-sulfonated blocks of the copolymer It contains a solvent. The first non-halogenated aliphatic solvent can include a substituted or unsubstituted cycloaliphatic hydrocarbon having about 5 to 10 carbons. Non-limiting examples include cyclohexane, methylcyclohexane, cyclopentane, cycloheptane, cyclooctane and mixtures thereof. The most preferred solvents are cyclohexane, cyclopentane and methylcyclohexane. The first solvent may be the same solvent used as a polymerization medium for anionic polymerization of the polymer block.

一部の実施形態では、該ブロックコポリマーは、第1の溶媒のみを使用する場合であってもスルホン化前にミセル形態であり得る。第2の非ハロゲン化脂肪族溶媒を、第1の非ハロゲン化脂肪族溶媒での前駆体ポリマーの溶液に添加することにより、ポリマーミセルおよび/または他のポリマー凝集体の「予備形成」がもたらされ得るか、または該予備形成が補助され得る。他方、第2の非ハロゲン化溶媒は、好ましくは、第1の溶媒と混和性であるが前駆体ポリマーの易スルホン化ブロックに対しては該過程の温度範囲内で貧溶媒であり、また、スルホン化反応を障害しないように選択される。換言すると、好ましくは、前駆体ポリマーの易スルホン化ブロックは、該過程の温度範囲内で第2の非ハロゲン化溶媒に実質的に不溶性のものである。前駆体ポリマーの易スルホン化ブロックがポリスチレンである場合、ポリスチレンに対して貧溶媒であり、第2の非ハロゲン化溶媒として使用され得る好適な溶媒としては、炭素数が約12までの線状および分枝状の脂肪族炭化水素、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、2−エチルヘキサン、イソオクタン、ノナン、デカン、パラフィンオイル、パラフィン混合溶媒などが挙げられる。第2の非ハロゲン化脂肪族溶媒の好ましい一例はn−ヘプタンである。   In some embodiments, the block copolymer can be in micellar form prior to sulfonation, even when using only the first solvent. By adding a second non-halogenated aliphatic solvent to the solution of the precursor polymer in the first non-halogenated aliphatic solvent, a “pre-form” of the polymer micelles and / or other polymer aggregates can be achieved. Or it can be assisted. On the other hand, the second non-halogenated solvent is preferably miscible with the first solvent but is a poor solvent within the temperature range of the process for the easily sulfonated block of the precursor polymer, and It is selected so as not to disturb the sulfonation reaction. In other words, preferably the easily sulfonated block of the precursor polymer is substantially insoluble in the second non-halogenated solvent within the temperature range of the process. When the easily sulfonated block of the precursor polymer is polystyrene, suitable solvents that are poor solvents for polystyrene and that can be used as the second non-halogenated solvent include linear and up to about 12 carbon atoms and Examples thereof include branched aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, 2-ethylhexane, isooctane, nonane, decane, paraffin oil, and paraffin mixed solvent. A preferred example of the second non-halogenated aliphatic solvent is n-heptane.

ポリマーミセルおよび/または他のポリマー凝集体の予備形成により、第2の該溶媒の添加なしで実施可能な場合よりかなり高い濃度で本質的にゲル化が無効になることなく、ポリマーのスルホン化を進行させることが可能になる。また、このアプローチにより、極性の高い硫酸アシル、例えばC硫酸アシル(硫酸プロピオニル)の実用性が、ポリマーのスルホン化変換率および副生成物の最小限化という点で相当改善され得る。換言すると、このアプローチにより、極性の高いスルホン化試薬の実用性が改善され得る。かかる硫酸アシルを以下にさらに説明する。 The pre-formation of polymer micelles and / or other polymer aggregates allows the polymer to be sulfonated at essentially higher concentrations than would be feasible without the addition of a second said solvent, with essentially no gelation ineffectiveness. It becomes possible to proceed. Moreover, this approach, the utility of high polarity acyl sulfate, for example C 3 acyl sulfate (propionyl sulfate) may be significantly improved in terms of minimizing the sulfonation conversion and by-products of the polymer. In other words, this approach can improve the utility of highly polar sulfonation reagents. Such acyl sulfates are further described below.

(ii)ポリマー濃度
一部の実施形態によれば、少なくともスルホン化の初期段階の間、前駆体ポリマーの濃度を該前駆体ポリマーの限界濃度未満に維持することにより、高レベルのスチレンスルホン化が、反応混合物、反応生成物または両方において実質的にポリマーの析出がなく、ゲル化が無効になることがない様式で行われ得る。当業者には、実質的にポリマーの析出がない混合物中において、方法処理の過程での局所溶媒蒸発の結果、微量のポリマーが表面上に被着している場合があり得ることが理解されよう。例えば、一部の実施形態によれば、混合物中に析出したポリマーが5%以下である場合、該混合物を実質的にポリマーの析出がないとみなす。
(Ii) Polymer concentration According to some embodiments, a high level of styrene sulfonation is achieved by maintaining the concentration of the precursor polymer below the critical concentration of the precursor polymer, at least during the initial stages of sulfonation. The reaction mixture, reaction product or both can be performed in a manner that is substantially free of polymer precipitation and gelation is not ineffective. Those skilled in the art will appreciate that in mixtures that are substantially free of polymer precipitation, trace amounts of polymer may be deposited on the surface as a result of local solvent evaporation during the process. . For example, according to some embodiments, if less than 5% of the polymer is precipitated in the mixture, the mixture is considered substantially free of polymer precipitation.

スルホン化が行われ得るポリマー濃度は出発ポリマーの組成に依存する。これは、限界濃度が該ポリマー組成に依存するためであり、限界濃度未満では、ポリマーのゲル化が無効化または無視可能でなくなる。上記のように、限界濃度はまた、他の要素、例えば、使用される溶媒または溶媒混合物の具体物および所望のスルホン化度にも依存性であり得る。一般的に、ポリマー濃度は、好ましくは実質的にハロゲン化溶媒無含有である反応混合物の総重量に対して約1重量%から約30重量%、または約1重量%から約20重量%、または約1重量%から約15重量%、または約1重量%から約12重量%、または約1重量%から約10重量%の範囲内である。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   The polymer concentration at which sulfonation can take place depends on the composition of the starting polymer. This is because the critical concentration depends on the polymer composition, below which the gelation of the polymer is not nullified or negligible. As noted above, the critical concentration can also depend on other factors, such as the particular solvent or solvent mixture used and the desired degree of sulfonation. In general, the polymer concentration is preferably from about 1% to about 30%, or from about 1% to about 20%, or from about 1% to about 20% by weight, based on the total weight of the reaction mixture, which is preferably substantially free of halogenated solvents. It is in the range of about 1% to about 15%, or about 1% to about 12%, or about 1% to about 10% by weight. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein.

本記載の技術の一部の実施形態によれば、前駆体ブロックポリマーまたは前駆体ブロックポリマー混合物の初期濃度は、該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度未満、または反応混合物の総重量に対して約0.1重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度未満である濃度まで、または約0.5重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度未満である濃度まで、または約1.0重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度より約0.1重量%低い濃度まで、または約2.0重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度より約0.1重量%低い濃度まで、または約3.0重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度より約0.1重量%低い濃度まで、または約5.0重量%から該前駆体ポリマー(1種類もしくは複数種)の限界濃度より約0.1重量%低い濃度までの範囲に維持されるのがよい。当業者には、好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   According to some embodiments of the described technology, the initial concentration of the precursor block polymer or precursor block polymer mixture is less than the threshold concentration of the precursor polymer (s), or the total reaction mixture From about 0.1% by weight to a concentration that is less than the critical concentration of the precursor polymer (s) or from about 0.5% by weight of the precursor polymer (s) Up to a concentration that is less than the critical concentration of, or from about 1.0 wt% to a concentration that is about 0.1 wt% below the limiting concentration of the precursor polymer (s), or from about 2.0 wt% To a concentration about 0.1% by weight below the critical concentration of the precursor polymer (s) or from about 3.0% by weight to the critical concentration of the precursor polymer (s) Maintained at a concentration of about 0.1% by weight, or from about 5.0% to a concentration of about 0.1% by weight below the critical concentration of the precursor polymer (s). Good. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein.

少なくとも一部の実施形態では、ポリマー濃度を限界濃度未満に維持することにより、ゲル化がもたらされる高濃度条件と比べて、副生成物であるカルボン酸の濃度が低い反応混合物が得られ得る。   In at least some embodiments, maintaining the polymer concentration below the critical concentration can result in a reaction mixture having a low concentration of by-product carboxylic acid compared to high concentration conditions that result in gelation.

しかしながら、当業者には、本技術の一部の実施形態のスルホン化ポリマーの作製時、特に、半バッチ式または連続作製過程では、反応混合物中のポリマー(1種類または複数種)の総濃度が前駆体ポリマーの限界濃度より高くなる場合があり得ることが理解されよう。   However, those skilled in the art will recognize that the total concentration of the polymer (s) in the reaction mixture may be high when making the sulfonated polymer of some embodiments of the technology, particularly in a semi-batch or continuous production process. It will be appreciated that it may be higher than the limiting concentration of the precursor polymer.

(iii)スルホン化剤
多くの実施形態によれば、重合型ブロックコポリマーのスルホン化のために硫酸アシルが使用され得る。アシル基は、好ましくは、C−C、またはC−C、またはC−Cの線状、分枝状または環状カルボン酸、無水物もしくは酸塩化物、またはこの混合物に由来するものである。好ましくは、このような化合物は、非芳香族炭素−炭素二重結合、ヒドロキシル基、または硫酸アシルと反応性であるか、もしくはスルホン化反応条件下で容易に分解される任意の他の官能部を含まないものである。例えば、カルボニル官能部のα−位に脂肪族の第4級炭素を有するアシル基(例えば、無水トリメチル酢酸に由来する硫酸アシル)は、ポリマーのスルホン化反応時に容易に分解されるようであり、好ましくは本記載の技術において避けるのがよい。また、本技術における硫酸アシルの創出に有用なアシル基の範囲には、芳香族のカルボン酸、無水物および酸塩化物、例えば、無水安息香酸および無水フタル酸に由来するものが含まれる。より好ましくは、アシル基は、アセチル、プロピオニル、n−ブチリルおよびイソブチリルの群から選択される。さらにより好ましくは、アシル基はイソブチリルである。硫酸イソブチリルでは、高いポリマースルホン化度がもたらされ得、副生成物の形成が比較的最小限となり得ることがわかった。
(Iii) Sulfonating agents According to many embodiments, acyl sulfates can be used for sulfonation of polymerized block copolymers. Acyl groups, derived from a preferably, C 2 -C 8 or C 3 -C 8 or C 3 -C 5 linear, branched or cyclic carboxylic acid, anhydride or acid chloride, or mixtures thereof To do. Preferably, such compounds are non-aromatic carbon-carbon double bonds, hydroxyl groups, or any other functional moiety that is reactive with acyl sulfate or that is readily degraded under sulfonation reaction conditions. Is not included. For example, an acyl group having an aliphatic quaternary carbon at the α-position of the carbonyl function (eg, acyl sulfate derived from trimethylacetic anhydride) appears to be easily decomposed during the sulfonation reaction of the polymer, Preferably, it should be avoided in the described technique. Also, the range of acyl groups useful for the creation of acyl sulfates in the art includes those derived from aromatic carboxylic acids, anhydrides and acid chlorides such as benzoic anhydride and phthalic anhydride. More preferably, the acyl group is selected from the group of acetyl, propionyl, n-butyryl and isobutyryl. Even more preferably, the acyl group is isobutyryl. It has been found that isobutyryl sulfate can lead to a high degree of polymer sulfonation and the formation of by-products can be relatively minimal.

無水カルボン酸と硫酸からの硫酸アシルの形成は、以下の反応   The formation of acyl sulfate from carboxylic anhydride and sulfuric acid involves the following reaction

Figure 0006106272
によって表され得る。硫酸アシルはスルホン化反応の過程で低速分解に供され、以下の式
Figure 0006106272
Can be represented by: Acyl sulfate is subjected to slow decomposition during the sulfonation reaction, and the following formula

Figure 0006106272
のα−スルホン化カルボン酸が形成される。
Figure 0006106272
Of α-sulfonated carboxylic acid.

本記載の技術の一実施形態では、硫酸アシル試薬を無水カルボン酸と硫酸から、別途の「予備創出」反応において行われる反応で、非ハロゲン化脂肪族溶媒でのポリマー溶液に添加する前に得る。予備創出反応は溶媒を用いて行ってもよく、なしで行ってもよい。硫酸アシルを予備創出するために溶媒を使用する場合、溶媒は好ましくは非ハロゲン化のものである。または、硫酸アシル試薬は、非ハロゲン化脂肪族溶媒でのポリマー溶液中で、インサイチュ反応において得てもよい。本技術のこの実施形態によれば、硫酸に対する無水物のモル比は約0.8から約2、好ましくは約1.0から約1.4であり得る。この好ましい方法に使用される硫酸は、好ましくは、重量基準で、約93%から約100%の濃度を有するものより好ましくは約95%から約100%の濃度を有するものである。当業者には、硫酸アシルを創出するためのインサイチュ反応において硫酸の代替物として発煙硫酸が使用され得るが、発煙硫酸の強度は、意図しない反応混合物の炭化が回避されるか、または最小限となるように充分に低いものとすることが理解されよう。   In one embodiment of the described technique, an acyl sulfate reagent is obtained from carboxylic anhydride and sulfuric acid in a separate “pre-creation” reaction prior to addition to the polymer solution in a non-halogenated aliphatic solvent. . The pre-creation reaction may be performed with or without a solvent. If a solvent is used to pre-create the acyl sulfate, the solvent is preferably non-halogenated. Alternatively, the acyl sulfate reagent may be obtained in an in situ reaction in a polymer solution with a non-halogenated aliphatic solvent. According to this embodiment of the technology, the molar ratio of anhydride to sulfuric acid can be from about 0.8 to about 2, preferably from about 1.0 to about 1.4. The sulfuric acid used in this preferred process is preferably one having a concentration of about 93% to about 100%, more preferably about 95% to about 100%, by weight. Those skilled in the art can use fuming sulfuric acid as an alternative to sulfuric acid in an in situ reaction to create acyl sulfates, but the strength of fuming sulfuric acid is such that unintentional carbonization of the reaction mixture is avoided or minimized. It will be understood that it should be low enough.

本技術の別の実施形態では、硫酸アシル試薬を無水カルボン酸と発煙硫酸から、別途の「予備創出」反応において行われる反応で、脂肪族溶媒でのポリマー溶液に添加する前に得てもよく、この場合、発煙硫酸の強度は、約1%から約60%三酸化硫黄無含有、または約1%から約46%三酸化硫黄無含有、または約10%から約46%三酸化硫黄無含有の範囲であり、発煙硫酸中に存在させる硫酸に対する無水物のモル比は約0.9から約1.2である。   In another embodiment of the present technology, the acyl sulfate reagent may be obtained from carboxylic anhydride and fuming sulfuric acid in a separate “pre-creation” reaction, prior to addition to the polymer solution in the aliphatic solvent. In this case, the strength of fuming sulfuric acid is about 1% to about 60% sulfur trioxide free, or about 1% to about 46% sulfur trioxide free, or about 10% to about 46% sulfur trioxide free The molar ratio of anhydride to sulfuric acid present in the fuming sulfuric acid is from about 0.9 to about 1.2.

さらに、硫酸アシル試薬は無水カルボン酸から、硫酸、発煙硫酸または三酸化硫黄の任意の組合せとの反応によって調製され得る。さらに、硫酸アシル試薬はカルボン酸から、クロロスルホン酸、発煙硫酸、三酸化硫黄またはこの任意の組合せとの反応によって調製され得る。さらに、硫酸アシル試薬はまた、カルボン酸塩化物から、硫酸との反応によってによっても調製され得る。または、硫酸アシルは、カルボン酸、無水物および/または酸塩化物の任意の組合せから調製され得る。   Further, acyl sulfate reagents can be prepared from carboxylic anhydrides by reaction with any combination of sulfuric acid, fuming sulfuric acid or sulfur trioxide. Further, acyl sulfate reagents can be prepared from carboxylic acids by reaction with chlorosulfonic acid, fuming sulfuric acid, sulfur trioxide or any combination thereof. In addition, acyl sulfate reagents can also be prepared from carboxylic acid chlorides by reaction with sulfuric acid. Alternatively, acyl sulfates can be prepared from any combination of carboxylic acids, anhydrides and / or acid chlorides.

ポリマーのスチレン系反復単位の硫酸アシルでのスルホン化は、以下の反応   Sulfonation of the styrenic repeating unit of the polymer with acyl sulfate is the reaction

Figure 0006106272
によって表され得る。
Figure 0006106272
Can be represented by:

硫酸アシル試薬は、ポリマー溶液中に存在する易スルホン化モノマー反復単位のモル数に対して、軽度スルホン化ポリマー生成物に対する非常に低いレベルから重度スルホン化ポリマー生成物に対する高レベルに及ぶまでの範囲の量で使用され得る。硫酸アシルのモル量は、所与の方法により創出され得る硫酸アシルの理論量と定義され得、該量は、反応における限定試薬によって支配される。本技術の一部の実施形態によるスチレン反復単位(即ち、易スルホン化単位)に対する硫酸アシルのモル比は約0.1から約2.0、または約0.2から約1.3、または約0.3から約1.0の範囲であり得る。   The acyl sulfate reagent ranges from very low levels for light sulfonated polymer products to high levels for heavy sulfonated polymer products, relative to the number of moles of easily sulfonated monomer repeat units present in the polymer solution. Can be used in any amount. The molar amount of acyl sulfate can be defined as the theoretical amount of acyl sulfate that can be created by a given method, the amount being governed by the limiting reagents in the reaction. The molar ratio of acyl sulfate to styrene repeat units (ie, easily sulfonated units) according to some embodiments of the present technology is about 0.1 to about 2.0, or about 0.2 to about 1.3, or about It can range from 0.3 to about 1.0.

本記載の技術の少なくとも一部の実施形態によれば、ブロックポリマー内のスルホン化され易い芳香族ビニルモノマーのスルホン化度は、スルホン化ポリマー1グラムあたりのスルホン酸が約0.4ミリ当量(meq)(0.4meq/g)より多く、または、スルホン化ポリマー1グラムあたりのスルホン酸が約0.6meq(0.6meq/g)より多く、または、スルホン化ポリマー1グラムあたりのスルホン酸が約0.8meq(0.8meq/g)より多く、または、スルホン化ポリマー1グラムあたりのスルホン酸が約1.0meq(1.0meq/g)より多く、または、スルホン化ポリマー1グラムあたりのスルホン酸が約1.4meq(1.4meq/g)より多い。例えば、上記の前駆体ポリマーを本記載の技術の方法に従ってスルホン化した後、典型的なスルホン化レベルは各Bブロックが1つ以上のスルホン酸官能基を含む状態である。好ましいスルホン化レベルは、各Bブロック内の易スルホン化芳香族ビニルモノマーのモルパーセントに対して約10から約100モルパーセント、または約20から95モルパーセント、または約30から90モルパーセント、およびまたは約40から約70モルパーセントであり、該モノマーは、例えば、非置換スチレンモノマー、オルト−置換スチレンモノマー、メタ−置換スチレンモノマー、α−メチルスチレンモノマー、1,1−ジフェニルエチレンモノマー、1,2−ジフェニルエチレンモノマー、この誘導体、またはこの混合物であり得る。当業者には、スルホン化レベルの好適な範囲に、具体的な組合せおよび範囲が本明細書に列挙されていない場合であっても、明示したモルパーセントの任意の組合せが包含されていることが理解されよう。   According to at least some embodiments of the described technology, the degree of sulfonation of the easily sulfonated aromatic vinyl monomer in the block polymer is about 0.4 milliequivalents of sulfonic acid per gram of sulfonated polymer ( meq) (0.4 meq / g) or more than about 0.6 meq (0.6 meq / g) sulfonic acid per gram of sulfonated polymer or sulfonic acid per gram of sulfonated polymer More than about 0.8 meq (0.8 meq / g) or more than about 1.0 meq (1.0 meq / g) sulfonic acid per gram of sulfonated polymer or sulfone per gram of sulfonated polymer The acid is greater than about 1.4 meq (1.4 meq / g). For example, after sulfonation of the above precursor polymer according to the methods of the presently described technique, a typical sulfonation level is such that each B block contains one or more sulfonic acid functional groups. Preferred sulfonation levels are from about 10 to about 100 mole percent, or from about 20 to 95 mole percent, or from about 30 to 90 mole percent, and / or relative to the mole percent of easily sulfonated aromatic vinyl monomer in each B block About 40 to about 70 mole percent, such as, for example, unsubstituted styrene monomer, ortho-substituted styrene monomer, meta-substituted styrene monomer, α-methylstyrene monomer, 1,1-diphenylethylene monomer, 1,2 -It may be a diphenylethylene monomer, a derivative thereof, or a mixture thereof. Those skilled in the art will appreciate that suitable ranges of sulfonation levels include any combination of the stated mole percentages, even if specific combinations and ranges are not listed herein. It will be understood.

スルホン化ポリマーのスルホン化レベルまたはスルホン化度は、NMRおよび/または当業者に知られた滴定方法、および/または以下の実施例に記載した当業者によって認識され得る2つの別々の滴定を使用する方法によって測定され得る。例えば、本技術の方法により得られる溶液は、約60℃(±20℃)でH−NMRによって解析され得る。スチレンスルホン化のパーセンテージは、H−NMRスペクトルの芳香族シグナルの積分により計算され得る。別の例では、反応生成物は、スチレン系ポリマーのスルホン酸、硫酸、および非ポリマー副生成物のスルホン酸(例えば、2−スルホ−アルキルカルボン酸)のレベルを測定し、次いで、物質収支に基づいてスチレンスルホン化度を計算する2つの別々の滴定(「分相滴定(two−titration)法」)によって解析され得る。または、スルホン化レベルは、アルコールと水の混合物中にNaOHを含む標準液を用いた乾燥ポリマー試料(該試料は、テトラヒドロフラン中に再溶解させておく。)の滴定によって求めることもできる。後者の場合、副生成物の酸の厳密な除去が好ましく確保される。 The sulfonation level or degree of sulfonation of the sulfonated polymer uses NMR and / or titration methods known to those skilled in the art and / or two separate titrations that can be recognized by those skilled in the art described in the examples below. It can be measured by a method. For example, the solution obtained by the method of the present technology can be analyzed by 1 H-NMR at about 60 ° C. (± 20 ° C.). The percentage of styrene sulfonation can be calculated by integrating the aromatic signal of the 1 H-NMR spectrum. In another example, the reaction product measures the levels of styrenic polymer sulfonic acid, sulfuric acid, and non-polymeric by-product sulfonic acid (eg, 2-sulfo-alkyl carboxylic acid) and It can be analyzed by two separate titrations (“two-titration method”) that calculate the degree of styrene sulfonation based on it. Alternatively, the sulfonation level can also be determined by titration of a dry polymer sample (which is redissolved in tetrahydrofuran) using a standard solution containing NaOH in a mixture of alcohol and water. In the latter case, strict removal of the by-product acid is preferably ensured.

ポリマーのスルホン化に関する実施形態を硫酸アシル試薬の状況において上記に説明しているが、他のスルホン化試薬の実用性も想定される。例えば、三酸化硫黄とリン酸エステル、例えば、トリエチルホスフェート錯化/反応により誘導したスルホン化試薬の使用が本技術において実証されている。有意な度合いのスルホン酸アルキルエステル組込みを伴う芳香族スルホン化をもたらすというかかるスルホン化試薬の化学的性質は、当該技術分野で知られている。このため、得られるスルホン化ポリマーにはスルホン酸基とスルホン酸アルキルエステル基の両方が含まれる可能性がある。他の想定されるスルホン化試薬としては、限定されないが、三酸化硫黄と五塩化リン、ポリリン酸、1,4−ジオキサン、トリエチルアミンなどとの反応または錯化により誘導されるものが挙げられる。   While embodiments relating to polymer sulfonation have been described above in the context of acyl sulfate reagents, the utility of other sulfonation reagents is envisioned. For example, the use of sulfur trioxide and phosphate esters such as sulfonation reagents derived by triethyl phosphate complexation / reaction has been demonstrated in the art. The chemistry of such sulfonation reagents that results in aromatic sulfonation with a significant degree of sulfonic acid alkyl ester incorporation is known in the art. For this reason, the sulfonated polymer obtained may contain both sulfonic acid groups and sulfonic acid alkyl ester groups. Other contemplated sulfonation reagents include, but are not limited to, those derived by reaction or complexation of sulfur trioxide with phosphorus pentachloride, polyphosphoric acid, 1,4-dioxane, triethylamine, and the like.

(iv)反応条件
硫酸アシルと易スルホン化ブロックコポリマー、例えば、芳香族含有ポリマー(例えば、スチレン系ブロックコポリマー)とのスルホン化反応は約20℃から約150℃、または約20℃から約100℃、または約20℃から約80℃、または約30℃から約70℃、または約40℃から約60℃の範囲の反応温度(例えば、約50℃)で行われ得る。反応時間は、反応温度に応じておよそ1分未満からおよそ24時間以上の範囲であり得る。無水カルボン酸と硫酸のインサイチュ反応を使用する一部の好ましい硫酸アシルの実施形態では、反応混合物の初期温度は、スルホン化の目標反応温度とほぼ同じであり得る。または、初期温度は、その後のスルホン化の目標反応温度より低くてもよい。好ましい一実施形態では、硫酸アシルがインサイチュで、約20℃から約40℃(例えば、約30℃)にて約0.5から約2時間、または約1から約1.5時間創出され得、次いで、反応の終了を早めるために反応混合物が約40℃から約60℃まで加熱され得る。
(Iv) Reaction conditions Sulfonation reaction between acyl sulfate and an easily sulfonated block copolymer, such as an aromatic-containing polymer (eg, styrenic block copolymer) is from about 20 ° C to about 150 ° C, or from about 20 ° C to about 100 ° C. Or a reaction temperature in the range of about 20 ° C. to about 80 ° C., or about 30 ° C. to about 70 ° C., or about 40 ° C. to about 60 ° C. (eg, about 50 ° C.). The reaction time can range from less than about 1 minute to about 24 hours or more depending on the reaction temperature. In some preferred acyl sulfate embodiments using an in situ reaction of carboxylic anhydride and sulfuric acid, the initial temperature of the reaction mixture can be about the same as the target reaction temperature for sulfonation. Alternatively, the initial temperature may be lower than the target reaction temperature for subsequent sulfonation. In a preferred embodiment, the acyl sulfate can be created in situ at about 20 ° C. to about 40 ° C. (eg, about 30 ° C.) for about 0.5 to about 2 hours, or about 1 to about 1.5 hours, The reaction mixture can then be heated from about 40 ° C. to about 60 ° C. to expedite the completion of the reaction.

必要ではないが、場合により行う反応クエンチング工程は、クエンチング剤の添加によって行われ得、クエンチング剤は、例えば、水またはヒドロキシル含有化合物、例えば、メタノール、エタノールもしくはイソプロパノールであり得る。典型的には、かかる工程では、少なくとも未反応の残留硫酸アシルと反応するのに充分な量のクエンチング剤が添加され得る。   Although not required, the optional reaction quenching step can be performed by the addition of a quenching agent, which can be, for example, water or a hydroxyl-containing compound, such as methanol, ethanol or isopropanol. Typically, in such a step, an amount of quenching agent sufficient to react with at least unreacted residual acyl sulfate can be added.

本記載の技術の一部の実施形態では、非ハロゲン化脂肪族溶媒中での芳香族含有ポリマーのスルホン化は、芳香族含有ポリマーをスルホン化試薬とバッチ式反応または半バッチ式反応にて接触させることにより行われ得る。本技術の他の一部の実施形態では、スルホン化は連続反応にて行われ得、これは、例えば、連続撹拌式タンク型反応器またはひと続きの2つ以上の連続撹拌式タンク型反応器の使用によって可能であり得る。   In some embodiments of the described technology, sulfonation of the aromatic-containing polymer in a non-halogenated aliphatic solvent involves contacting the aromatic-containing polymer with a sulfonation reagent in a batch or semi-batch reaction. Can be performed. In some other embodiments of the present technology, the sulfonation may be performed in a continuous reaction, such as, for example, a continuous stirred tank reactor or a series of two or more continuously stirred tank reactors. May be possible through the use of.

スルホン化の結果、ミセルコアには、スルホン酸官能部および/またはスルホン酸エステル官能部を有する易スルホン化ブロックが内包され、ミセルコアは、ブロックコポリマーのスルホン化抵抗性ブロックを含む外側シェルによって囲まれる。溶液中でこの相分離の(ミセルの形成を引き起こす。)推進力は、スルホン化ブロックコポリマーのスルホン化ブロック(1つまたは複数)と非スルホン化ブロックの極性の大きな差に起因している。後者のブロックは、非ハロゲン化脂肪族溶媒、例えば上記に開示した第1の溶媒によって自由に溶媒和可能である。他方、スルホン化ポリマーブロック(1つまたは複数)は、ミセルのコア内に集中して配列され得る。   As a result of the sulfonation, the micelle core includes an easily sulfonated block having a sulfonic acid functional part and / or a sulfonic acid ester functional part, and the micelle core is surrounded by an outer shell containing the sulfonated resistant block of the block copolymer. The driving force for this phase separation (causing the formation of micelles) in solution is due to the large difference in polarity between the sulfonated block (s) and unsulfonated block of the sulfonated block copolymer. The latter block can be freely solvated by a non-halogenated aliphatic solvent, such as the first solvent disclosed above. On the other hand, the sulfonated polymer block (s) can be centrally arranged in the core of the micelle.

スルホン化反応が終了したら、ブロックコポリマーは物品形態(例えば、メンブレン)に直接キャスティングされ得、該ブロックコポリマーを単離する必要はない。この特定の実施形態において、ポリマー膜(例えば、メンブレン)を水中に浸漬させてもよく、水中でこの形態(固形)が保持される。換言すると、ブロックコポリマーは水に溶解しない、または水中に分散されない。   Once the sulfonation reaction is complete, the block copolymer can be cast directly into an article form (eg, a membrane) and it is not necessary to isolate the block copolymer. In this particular embodiment, a polymer membrane (eg, a membrane) may be immersed in water, and this form (solid) is retained in water. In other words, the block copolymer does not dissolve in water or is not dispersed in water.

(v)さらなる成分
さらに、本明細書に開示したコポリマーに、コポリマーの特性またはスルホン化ブロックコポリマーから形成されるメンブレンに悪影響を及ぼさない他の成分を配合してもよい。
(V) Additional Components In addition, the copolymer disclosed herein may be blended with other components that do not adversely affect the properties of the copolymer or the membrane formed from the sulfonated block copolymer.

形態保持フレーム
本明細書に開示したERVコアには形態保持フレームが使用され得る。かかる形態は、例えば、熱により形成したもの、または機械(例えば、コルゲーション法)により形成したものであり得る。かかるフレームは剛性または半剛性の構造体またはシートであり得る。かかるフレームは、この形態および形状(即ち、機械的強度)を他の支持体なしで自力で維持し得るものである。好ましくは、フレームはシートの形態であり、繊維ガラス、アルミニウムもしくは硬質ポリマーまたはかかる材料の複合材で作製されたものである。
Shape Retention Frame A shape retention frame may be used for the ERV core disclosed herein. Such a form may be, for example, one formed by heat or one formed by a machine (for example, a corrugation method). Such a frame can be a rigid or semi-rigid structure or sheet. Such a frame is capable of maintaining this form and shape (ie, mechanical strength) on its own without any other support. Preferably, the frame is in the form of a sheet and is made of fiberglass, aluminum or a hard polymer or a composite of such materials.

金属としてはアルミニウム、銅、スズ、ニッケルまたはスチールが挙げられ得、アルミニウムが最も好ましい。使用されるプラスチックは限定されないが、具体的な形状が維持されるのに充分に厚く、充分に剛性であり、空気流の通過を妨げないものであり、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレン/アクリロニトリル/ブタジエン(ABS)、Nomex(登録商標)およびKevlar(登録商標)が挙げられ得る。シートは、慣用的な手段により押出し、成型または焼結によって形成され得、編織であっても不織であってもよい。   The metal can include aluminum, copper, tin, nickel or steel, with aluminum being most preferred. The plastic used is not limited, but is thick enough to maintain a specific shape, sufficiently rigid and does not impede the passage of air flow, for example, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride ( PVC), styrene / acrylonitrile / butadiene (ABS), Nomex® and Kevlar®. The sheet may be formed by extrusion, molding or sintering by conventional means and may be knitted or non-woven.

シートは種々の形態、例えば、網、スクリーンメッシュまたは格子、金属メッシュ、編織および不織の金属またはポリマー、穿孔または有孔プレートであり得る。穿孔は、一例としてフレームに所望の厚さの針で穿刺することにより行われ得る。好適なフレームは多孔質で、予備形成された形状が維持されるのに充分に剛性である。   Sheets can be in various forms, such as nets, screen meshes or grids, metal meshes, woven and non-woven metals or polymers, perforated or perforated plates. The piercing may be performed by puncturing the frame with a needle having a desired thickness as an example. The preferred frame is porous and rigid enough to maintain the preformed shape.

例えば、図1a、1bおよび1cは、3種類の異なる押出し加工されたポリマー製網型フレームを示す。図2a、2b、2cは、3種類の異なる穿孔アルミニウムプレートを示す。   For example, FIGS. 1a, 1b and 1c show three different extruded polymer mesh frames. Figures 2a, 2b, 2c show three different perforated aluminum plates.

フレームは多孔質のものであり、かかる細孔は、湿気の輸送障害または有意な圧力低下なく空気の直接接触が許容されるのに充分なサイズのものである。材質にもよるが、細孔は、サブミクロンから8cmまで、または10cmまで、またはこれ以上であり得る。例えば、網に形成されたフレームでは、網を構成する細孔または開口はサブミクロンから5cm、または0.1から4cm、または1から3cmであり得る。穿孔または有孔のアルミニウムまたはプラスチックプレートでは、細孔はサブミクロンから5cm、または0.1から4cm、または1から3cmであり得る。とりわけ、プレートは、細孔間の表面が薄くて糸のようなものであり得る網と比べ、開口周囲のフレーム表面積がより大きいものであり得る。いずれの場合も、細孔間のフレーム表面は、ポリマー膜が接合されて付着が維持される充分なものであるのがよい。   The frame is porous, and such pores are of sufficient size to allow direct air contact without hindering moisture transport or significant pressure drop. Depending on the material, the pores can be from submicron to 8 cm, or 10 cm, or more. For example, in a frame formed in a net, the pores or openings that make up the net can be from submicron to 5 cm, or from 0.1 to 4 cm, or from 1 to 3 cm. For perforated or perforated aluminum or plastic plates, the pores can be from submicron to 5 cm, or from 0.1 to 4 cm, or from 1 to 3 cm. In particular, the plate can have a larger frame surface area around the opening compared to a net that can be thin and have a thread-like surface between the pores. In any case, the surface of the frame between the pores should be sufficient to bond the polymer film and maintain adhesion.

不織または編織のフレーム(これは金属であってもポリマーであってもよい。)に関して、一部の実施形態では、細孔直径は0.1から200ミクロン、または1ミクロンから100、または5から50ミクロンである。焼結フレームに関しては、細孔は0.01から200ミクロン、または0.1ミクロンから100、または5から50ミクロンであり得る。   For non-woven or knitted frames (which can be metal or polymer), in some embodiments, the pore diameter is from 0.1 to 200 microns, or from 1 micron to 100, or 5 To 50 microns. For sintered frames, the pores can be from 0.01 to 200 microns, or from 0.1 microns to 100, or from 5 to 50 microns.

フレームは、強度が維持され、空気の流れまたは湿気の輸送が妨げられない充分な厚さを有するものであるのがよい。該厚さは多くの要素、例えば、フレームの積層された層の数、空気の流れの速度および圧力、ならびにERVコアを維持するのに必要な強度に依存する。従って、該厚さは25ミクロンから500ミクロン、または100ミクロンから500ミクロン、または200ミクロンから500ミクロンであり得る。   The frame should be thick enough to maintain strength and not impede airflow or moisture transport. The thickness depends on many factors, such as the number of stacked layers of the frame, the speed and pressure of air flow, and the strength required to maintain the ERV core. Thus, the thickness can be from 25 microns to 500 microns, or from 100 microns to 500 microns, or from 200 microns to 500 microns.

細孔の形状、深さ、屈曲度および分布は風洞内部の空気の流れのパターンに影響を及ぼし得る(例えば、ある程度の乱流をもたらし得る。)とともに、フレームに接合された膜との接触にも影響を及ぼし得る。細孔の深さは一般的にはフレームの厚さによって決定される。さらに、細孔の形状は四角、円形、球形、六角形または他の多角形の形状であり得る。   The shape, depth, degree of flexion and distribution of the pores can affect the air flow pattern inside the wind tunnel (eg, cause some turbulence), and in contact with the membrane joined to the frame Can also affect. The depth of the pores is generally determined by the thickness of the frame. Further, the pore shape can be a square, circular, spherical, hexagonal or other polygonal shape.

本明細書に開示したスルホン化ブロックコポリマー膜はフレームに、熱または接着ラミネート加工またはコーティングによって接合され得る。接合は、ポリマー膜の層がフレーム内の複数の細孔全体に空気の通過に対してバリアの機能を果たすように存在するようなものであるのがよい。かかるポリマー膜は、フレーム全体が覆われるように連続的であってもよく、または、細孔内に充填されているだけであってもよい。しかしながら、フレーム内の細孔のために、空気流が湿気透過性膜により直接的に到達するようになる。   The sulfonated block copolymer membrane disclosed herein can be joined to the frame by heat or adhesive lamination or coating. The bond should be such that a layer of polymer membrane exists so as to act as a barrier against the passage of air across the plurality of pores in the frame. Such polymer membranes may be continuous so that the entire frame is covered, or only filled in the pores. However, the pores in the frame allow the air flow to reach directly through the moisture permeable membrane.

剛性または半剛性のフレームは、平坦な平面状形態を有するものであってもよく、スペーサーとしての機能が果たされるような形状に形成してもよい。スペーサーとしての機能を果たす形状に形成する場合、フレームは、この形態が維持されるのに充分に剛性であるのがよい。しかしながら、ある程度の柔軟性は許容され得るが、ERVコアの安定性が維持され、また、有意な圧力低下が回避される度合いに制限されるのがよい。さらに、スペーサーとしての機能を果たす場合、フレームは、連続的な波形形状、波形状、隆線形状、または膜の連続面とERVコア内の他の層と間の空気の流れのために充分な空間を維持するための他の形状を有するものであり得る。フレームは、所望の形状に熱、機械により、もしくは化学的に形成されたものであり得る。   The rigid or semi-rigid frame may have a flat planar shape, or may be formed in a shape that functions as a spacer. When formed into a shape that serves as a spacer, the frame should be sufficiently rigid to maintain this configuration. However, while some flexibility may be tolerated, it should be limited to the extent that ERV core stability is maintained and significant pressure drops are avoided. In addition, when acting as a spacer, the frame is sufficient for continuous corrugation, corrugation, ridge shape, or air flow between the continuous surface of the membrane and other layers in the ERV core. It can have other shapes to maintain space. The frame can be heat, machined, or chemically formed into the desired shape.

基材
基材は、空気の流れおよび湿気の輸送は許容しながら機械的強度をもたらすために、場合によりスルホン化ポリマー膜とともに使用される。従って、これは、多湿空気ができるだけ小さい抵抗で通過することが可能であるとともに、構造の完全性もがもたらされる多孔質材で作製されたものであるのがよい。多孔質基材は当該技術分野で知られ、使用されているものであり得、この多くは市販されている。
Substrate The substrate is optionally used with a sulfonated polymer membrane to provide mechanical strength while allowing air flow and moisture transport. Therefore, it should be made of a porous material that allows humid air to pass with as little resistance as possible and also provides structural integrity. Porous substrates can be those known and used in the art, many of which are commercially available.

基材としては前述の剛性または半剛性のフレームが挙げられ得、また、基材は、例えばセルロース系の紙材のような剛性の低い柔軟性を有するものであってもよい。さらに、細孔は非常に小さい、例えば微多孔質であってもよい。従って、細孔は10ミクロン未満、または5ミクロン未満、または2ミクロン未満、または0.1ミクロン未満であり得る。しかしながら、当業者であれば、細孔は、空気がポリマー膜を通過するには狭すぎるようなほど小さいものであってはならないことは理解され得よう。または、大きな細孔径を有する基材を使用してもよい。例えば、5cm未満、または1cm未満、または1mm未満、または500ミクロン未満。従って、細孔は0.1ミクロンから5cm、または2ミクロンから1cm、または2ミクロンから500ミクロンの範囲を有するものであり得る。   As the substrate, the above-mentioned rigid or semi-rigid frame may be mentioned, and the substrate may have a low-rigidity flexibility such as a cellulosic paper material. Furthermore, the pores may be very small, for example microporous. Thus, the pores can be less than 10 microns, or less than 5 microns, or less than 2 microns, or less than 0.1 microns. However, one skilled in the art will understand that the pores should not be so small that air is too narrow to pass through the polymer membrane. Alternatively, a substrate having a large pore diameter may be used. For example, less than 5 cm, or less than 1 cm, or less than 1 mm, or less than 500 microns. Thus, the pores can have a range of 0.1 microns to 5 cm, or 2 microns to 1 cm, or 2 microns to 500 microns.

従って、本明細書に開示したメンブレンとともに使用される基材としては、多孔質のセルロース系繊維状材料が挙げられる。該材料としては、例えば、布地、ポリマー膜および繊維、ならびにセルロース系材料(紙など)が挙げられる。基材は天然および/または合成繊維で構成されたものであってもよい。布地としては、編織布、不織布、ニットおよびクロス式の布地が挙げられる。   Accordingly, the substrate used with the membrane disclosed in the present specification includes a porous cellulosic fibrous material. Examples of the material include fabrics, polymer films and fibers, and cellulosic materials (such as paper). The substrate may be composed of natural and / or synthetic fibers. Examples of the fabric include a knitted fabric, a non-woven fabric, a knit fabric, and a cloth fabric.

図3に、200ミクロン未満の細孔を有する不織セルロース系基材を示す。さらに、細孔が100ミクロン未満である焼結多孔質基材を図4に示す。   FIG. 3 shows a nonwoven cellulosic substrate having pores less than 200 microns. Furthermore, a sintered porous substrate having pores of less than 100 microns is shown in FIG.

さらに、基材は、フィラメント、ガラス糸、繊維ガラス、耐食性金属繊維(ニッケル繊維など)、ならびに炭素繊維で構成されたものであってもよい。合成繊維としては、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、Nomex(登録商標)およびKevlar(登録商標)が挙げられる。   Further, the substrate may be composed of filaments, glass yarns, fiber glass, corrosion-resistant metal fibers (such as nickel fibers), and carbon fibers. Synthetic fibers include polyolefin, polyethylene, polypropylene, polyester, nylon, Nomex (registered trademark) and Kevlar (registered trademark).

また、例示的な基材としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ナイロン、ポリエーテルスルホン、ポリプロピレン、ポリアミド、セルロース、硝酸セルロース、酢酸セルロース、セルロースナイトレート/アセテートポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート(PET)、およびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)も挙げられる。   Exemplary substrates include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, nylon, polyethersulfone, polypropylene, polyamide, cellulose, cellulose nitrate, cellulose acetate, cellulose nitrate / acetate polytetrafluoroethylene, polyethylene terephthalate ( PET) and polyetheretherketone (PEEK).

添加剤またはコーティング(スルホン化ポリマーのコーティング以外)を、他の特性を改善するために基材に添加してもよい。かかる添加剤は、ERVユニットの有効性および効率に支障をきたさないもの、または任意の有害な成分を空気流に導入しないものであるのがよい。添加剤の型の一例は難燃剤であり、これは、火災または延焼を阻止または抑止するために使用され得る。例えば、非ハロゲン難燃剤がリン含有化合物とともに使用され得る。当該技術分野で知られた他の有用な難燃剤を使用してもよい。   Additives or coatings (other than sulfonated polymer coatings) may be added to the substrate to improve other properties. Such additives should not interfere with the effectiveness and efficiency of the ERV unit or introduce any harmful components into the air stream. One example of an additive type is a flame retardant, which can be used to prevent or suppress fire or fire spread. For example, non-halogen flame retardants can be used with phosphorus-containing compounds. Other useful flame retardants known in the art may be used.

また、殺生剤、例えば防カビ剤、殺微生物剤および殺菌剤を、カビ、白カビ、真菌、細菌、ウイルスおよび寄生虫ならびに人間に有害であり得るか、またはERVユニットの効率を低下させ得る他の生物体の増殖の抑制のために塗布してもよい。   In addition, biocides such as fungicides, microbicides and fungicides can be harmful to mold, mildew, fungi, bacteria, viruses and parasites and humans, or otherwise reduce the efficiency of ERV units. It may be applied to suppress the growth of organisms.

強度、多孔度および寿命を増大させるため、湿気の輸送を向上させるための他の添加剤、例えば、シリカ、アルミナおよびゼオライトを基材に添加してもよい。   Other additives to improve moisture transport, such as silica, alumina and zeolites, may be added to the substrate to increase strength, porosity and lifetime.

スペーサー
スペーサーは、本明細書に記載のERVコアに使用され得る。スペーサーは、上記の剛性または半剛性のフレームと同じ材料、即ち、繊維ガラス、金属、プラスチックまたはかかる材料の複合材で構成される。一部の実施形態では、使用される金属はアルミニウム、銅、スズ、ニッケルまたはスチールである。好ましくは、スペーサーはアルミニウムプレートまたは硬質プラスチックである。
Spacers Spacers can be used for the ERV cores described herein. The spacer is made of the same material as the rigid or semi-rigid frame, i.e. fiberglass, metal, plastic or a composite of such materials. In some embodiments, the metal used is aluminum, copper, tin, nickel or steel. Preferably, the spacer is an aluminum plate or a hard plastic.

スペーサーは当該技術分野で知られており、積層されたポリマー層間に空気の流れのための空間を設けることに関するものである。従って、スペーサーはさまざまな形状を有するものであり得、波形または隆線形状が最も好ましい。かかる形状では、空気の流れのための風洞が形成され、従って、交差流パターン、または向流パターン、または交差向流パターンの吸入空気流と排出空気流の通過が許容される交互の様式で積層され得る。かかる隆線または波形の形状は、例えばUS特許公開公報番号2012/0073791の図2に示されている。さらに、風洞は、直線であっても湾曲していてもよく、ジグザグパターンを有するものであってもよい。平行な曲線をなすパターンが、例えばUS2009/0314480に示されている。   Spacers are known in the art and relate to providing a space for air flow between laminated polymer layers. Thus, the spacer can have a variety of shapes, with a corrugated or ridge shape being most preferred. In such a shape, a wind tunnel for the air flow is formed, and thus stacked in an alternating fashion that allows cross-flow patterns, or counter-current patterns, or cross-counter flow patterns to allow intake air flow and exhaust air flow to pass through. Can be done. Such a ridge or corrugated shape is shown, for example, in FIG. 2 of US Patent Publication No. 2012/0073791. Further, the wind tunnel may be straight or curved, and may have a zigzag pattern. A pattern with parallel curves is shown, for example, in US 2009/0314480.

さらに、かかるスペーサーもまた、多孔質であって表面全体に複数の細孔を有するものであってもよい。材質にもよるが、細孔は0.1ミクロンから5cmまでであり得る。例えば、網に形成されたフレームでは、網を構成する細孔または開口は0.05cmから5cm、または0.1から4cm、または1から3cmであり得る。かかる細孔は、サイズ、形状、深さ、屈曲度、ならびに分布が空気の流れのパターンに有効に影響し、空気と湿気透過性メンブレンまたは複合材とのより良好な接触がもたらされ得るような様式で設計され得る。   Further, such a spacer may also be porous and have a plurality of pores on the entire surface. Depending on the material, the pores can be from 0.1 microns to 5 cm. For example, in a frame formed in a net, the pores or openings that make up the net can be 0.05 cm to 5 cm, or 0.1 to 4 cm, or 1 to 3 cm. Such pores may be such that size, shape, depth, flexion, and distribution can effectively affect the air flow pattern, resulting in better contact between air and moisture permeable membranes or composites. Can be designed in any style.

スペーサーが多孔質である場合、一部の実施形態では、本明細書に開示したスルホン化ブロックコポリマー膜はスペーサーに、ラミネート加工、例えば熱ラミネート加工、接着ラミネート加工ならびにコーティングによって接合され得る。接合は、ポリマー膜の層がスペーサーの複数の細孔全体に空気の通過に対してバリアの機能を果たすが湿気の輸送は許容するように存在するようなものであるのがよい。   When the spacer is porous, in some embodiments, the sulfonated block copolymer membrane disclosed herein can be joined to the spacer by lamination, such as thermal lamination, adhesive lamination, as well as coating. The bond should be such that the layer of polymer membrane exists to function as a barrier to the passage of air through the plurality of pores of the spacer but to allow moisture transport.

従って、この厚さはサブミクロンから20mm、または1mmから10mm、または、1から5mmであり得る。   Thus, this thickness can be from submicron to 20 mm, or from 1 mm to 10 mm, or from 1 to 5 mm.

ERVの構成
ERVコアは幾つかの構成を有するものであり得る。ERVコアユニットの一実施形態1を図5に示す。図に示したものは、該ユニットが、上面カバー2および底面カバー3と側部支持体4で構成された筐体を有する。該筐体内には、湿気透過性だが空気は非浸透性の構造体5の積層体が保持されている。構造体5は多層であり得、スルホン化ブロックコポリマー膜、剛性または半剛性のフレーム、基材および/またはスペーサーが含まれている。図示した実施形態では新鮮な吸入空気の流れを矢印8で示し、さらに排出空気の流れを矢印Bで示しており、従って、空気流は交差流パターンを有する。
ERV Configuration The ERV core can have several configurations. An embodiment 1 of the ERV core unit is shown in FIG. As shown in the figure, the unit has a casing composed of a top cover 2, a bottom cover 3, and a side support 4. A laminated body of the structure 5 that is moisture permeable but not air permeable is held in the housing. The structure 5 can be multilayer and includes a sulfonated block copolymer membrane, a rigid or semi-rigid frame, a substrate and / or a spacer. In the illustrated embodiment, fresh intake air flow is indicated by arrow 8 and exhaust air flow is indicated by arrow B, so that the air flow has a cross-flow pattern.

湿気透過性だが空気は非浸透性の構造体5の一実施形態を図6に示しており、スルホン化ブロックコポリマー膜6とともに該膜間に挟持されたスペーサー7も示している。スペーサー7は、メンブレン6間に空気の流れのためのチャネルが設けられるように構成されている。かかるチャネル8のサイズは、約2から30mmまでの空隙がもたらされるようなものであり得る。図6に示した実施形態では、これは、スペーサー7を波形または隆線構造に形成することにより行われる。波形形状は頂部9および底部10を有し、従って、スペーサーの長さに沿って一方向に長手方向の風洞が形成され、従って、隆線の構造に応じてスペーサーの上部と下部の両方での流れが許容される。   One embodiment of a moisture permeable but air impermeable structure 5 is shown in FIG. 6, with a sulfonated block copolymer membrane 6 and a spacer 7 sandwiched between the membranes. The spacer 7 is configured such that a channel for air flow is provided between the membranes 6. The size of such a channel 8 can be such that an air gap of about 2 to 30 mm is provided. In the embodiment shown in FIG. 6, this is done by forming the spacers 7 in a corrugated or ridge structure. The corrugated shape has a top 9 and a bottom 10 so that a longitudinal wind tunnel is formed in one direction along the length of the spacer, and therefore at both the top and bottom of the spacer depending on the structure of the ridge. Flow is allowed.

図6の構成の利点は、風洞8を通過する空気が膜6の全表面に接触することができ、該膜全体に湿気の輸送がもたらされ得ることである。かかる実施形態では、スルホン化ブロックコポリマー膜は、支持をもたらすためのさらなる基材または構造体の補助なしで自身の重量を支えるのに充分な厚さを有するものでなければならない。従って、かかる膜は0.5μから50μ、または1から25μ、1.5μから13μの厚さを有するものであるのがよい。   The advantage of the configuration of FIG. 6 is that air passing through the wind tunnel 8 can contact the entire surface of the membrane 6 and can provide moisture transport throughout the membrane. In such embodiments, the sulfonated block copolymer membrane must have a thickness sufficient to support its own weight without the aid of additional substrates or structures to provide support. Accordingly, such membranes should have a thickness of 0.5 to 50, or 1 to 25, 1.5 to 13 microns.

図7aに示したものは、フレーム11がスクリーンメッシュであり、スルホン化ブロックコポリマー膜6と互いに隔てている。これらを一体に接合すると、空気に対してバリアの機能を果たすが、湿気の輸送を補助する多層構造体が形成される。メッシュには、膜6への到達があまり妨害されることなく空気が通過し得る細孔が設けられている。図7bには、膜6、基材12およびフレーム11を互いに隔てて示している。これらを一体に接合しても、空気に対してバリアの機能を果たすが、湿気の輸送を補助する多層構造体が形成される。基材12は膜6に対して機械的支持をもたらす。   In FIG. 7 a, the frame 11 is a screen mesh and is separated from the sulfonated block copolymer membrane 6. When they are joined together, a multilayer structure is formed that functions as a barrier to air but assists moisture transport. The mesh is provided with pores through which air can pass without much obstruction to reach the membrane 6. In FIG. 7b, the membrane 6, the substrate 12 and the frame 11 are shown separated from one another. Even if they are joined together, a multilayer structure is formed that functions as a barrier to air but assists in moisture transport. The substrate 12 provides mechanical support for the membrane 6.

別の実施形態を図8aに示す。この場合、膜6が図7aのフレーム11に接合され、従って多層構造体が形成されており、次いでスペーサー7に接合されている。図においてわかるように、この多層構造体は波形スペーサー7の頂部に接合され、従って風洞8が維持されている。フレーム11は膜6の片面に接合しても両面に接合してもよい。   Another embodiment is shown in FIG. 8a. In this case, the membrane 6 is bonded to the frame 11 of FIG. 7 a, thus forming a multilayer structure and then bonded to the spacer 7. As can be seen in the figure, this multilayer structure is joined to the top of the corrugated spacer 7 so that the wind tunnel 8 is maintained. The frame 11 may be bonded to one side or both sides of the membrane 6.

図8bに示したものは、膜6が、図7bのように基材12と剛性または半剛性のフレーム11に接合され、多層構造体が形成されている。次いで、これが波形スペーサー7の頂部に接合されている。   As shown in FIG. 8b, the membrane 6 is joined to the base 12 and the rigid or semi-rigid frame 11 as shown in FIG. 7b to form a multilayer structure. This is then joined to the top of the corrugated spacer 7.

図9に示すまた別の実施形態では、膜6が基材12と剛性または半剛性のフレーム11に接合され、スペーサー7に接合された図7bの多層構造体を示す。しかしながら、図9の実施形態では、波形スペーサー14がアルミニウムスクリーンメッシュであり、従って多孔質である。図10aに示す別の実施形態では、スペーサー14にスルホン化ブロックコポリマー膜15が接合されている。この実施形態では、膜15はスペーサー14の全表面全体に接合されている。図10bおよび10cはさらなる一実施形態を示し、この場合、それぞれ図3aおよび3bのものなどの多層構造体が接合されている。例えば、図10bでは、膜15がフレーム16に接合されて多層構造体が形成され、次いで、これがスペーサー14の表面全体に接合されている。膜15はフレーム16の片面に接合しても両面に接合してもよい。図10bでは、膜15が基材17とフレーム16に接合されて多層構造体が形成され、次いで、これがスペーサー14の表面全体に接合されている。図10aから10cにおいて、他の実施形態としては、3つのすべての層、例えば、膜15、基材17およびフレーム16を備えた図示した実施形態に加えて、膜15のみ、または膜15とフレーム16がスペーサー14に接合されているものが挙げられる。   9 shows the multilayer structure of FIG. 7b in which the membrane 6 is joined to the substrate 12 and a rigid or semi-rigid frame 11 and joined to the spacer 7. In the alternative embodiment shown in FIG. However, in the embodiment of FIG. 9, the corrugated spacer 14 is an aluminum screen mesh and is therefore porous. In another embodiment shown in FIG. 10 a, a sulfonated block copolymer membrane 15 is bonded to the spacer 14. In this embodiment, the membrane 15 is bonded to the entire surface of the spacer 14. Figures 10b and 10c show a further embodiment, in which multilayer structures such as those of Figures 3a and 3b, respectively, are joined. For example, in FIG. 10 b, the membrane 15 is bonded to the frame 16 to form a multilayer structure, which is then bonded to the entire surface of the spacer 14. The film 15 may be bonded to one side of the frame 16 or may be bonded to both sides. In FIG. 10 b, the membrane 15 is bonded to the substrate 17 and the frame 16 to form a multilayer structure, which is then bonded to the entire surface of the spacer 14. 10a to 10c, other embodiments include, in addition to the illustrated embodiment with all three layers, eg, membrane 15, substrate 17 and frame 16, only membrane 15 or membrane 15 and frame. 16 is joined to the spacer 14.

図11aに示したものなどのさらなる実施形態では、剛性または半剛性のフレーム18は、波形形状に形成され、上面にスルホン化ブロックコポリマー膜19がラミネート加工されたアルミニウムスクリーンメッシュであり得る。他の実施形態では、スクリーンメッシュがプラスチックメッシュであり得る。いずれの場合も、フレーム18はこの波形形態が維持されるのに充分に剛性である。このように、剛性または半剛性の構造体は、スペーサーとして、ならびに水は輸送し得るが空気の流れに対してはバリアとしての機能を果たすメンブレンとしての機能も果たすものであり得る。図11bの実施形態では、膜18がまず基材20に接合され得、次いで構造体18に接合され得る。   In a further embodiment, such as that shown in FIG. 11a, the rigid or semi-rigid frame 18 may be an aluminum screen mesh formed in a corrugated shape and laminated with a sulfonated block copolymer membrane 19 on the top surface. In other embodiments, the screen mesh can be a plastic mesh. In either case, the frame 18 is sufficiently rigid to maintain this corrugation. Thus, a rigid or semi-rigid structure can also function as a spacer and as a membrane that can transport water but serve as a barrier to air flow. In the embodiment of FIG. 11 b, the membrane 18 can be first bonded to the substrate 20 and then bonded to the structure 18.

HRVからERVへの変換
また、図11aおよび11bの多層構造体は、HRVシステムをERVシステムに変換するためにも使用され得る。既存のプレート型HRVは、典型的には、金属(例えば、アルミニウム)、プラスチック(例えば、ポリプロピレン)または紙で、顕熱回収のみのために構成されている。交差流パターンおよび波形プレートの積層体または間隔をあけたプレートを有するHRVシステムでは、かかるプレートが取り出され得、その後、剛性または半剛性のフレームを有する図11aおよび11bの波形多層構造体が挿入され、従ってERVコアが形成され得る。フレームの剛性または半剛性の性質のため、該多層複合材は平坦であって縁部が折り畳まれたものであり得るか、または空気の通過が可能に成形した形状であり得る。縁部は、例えば、空気流が隔てられるように隣接している層の2つの縁部を交互に折り畳むか、またはクリンピングすることにより(図12aおよび12b)密封され得る。
HRV to ERV Conversion The multilayer structure of FIGS. 11a and 11b can also be used to convert an HRV system to an ERV system. Existing plate-type HRVs are typically made of metal (eg, aluminum), plastic (eg, polypropylene) or paper and are configured for sensible heat recovery only. In an HRV system having a cross-flow pattern and a stack of corrugated plates or spaced plates, such a plate can be removed, after which the corrugated multilayer structure of FIGS. 11a and 11b with a rigid or semi-rigid frame is inserted. Thus, an ERV core can be formed. Due to the rigid or semi-rigid nature of the frame, the multi-layer composite can be flat and folded at the edges, or can be shaped to allow the passage of air. The edges can be sealed, for example, by alternately folding or crimping two edges of adjacent layers so that the air flow is separated (FIGS. 12a and 12b).

例えば、一部の実施形態のHRVシステムは図5のコアと同じであるが、湿気輸送層がなく、代わりに交互の様式で積層されたスペーサーが存在している。従って、本明細書に開示したスルホン化ブロックコポリマーのラミネート加工フレーム(図11aおよび11bのものなどの多層構造体)をHRVコアの層と同じ形状に形成した場合、かかる層をHRVコアから取り出し、多層構造体を挿入してERVコアを形成することができる。さらなるスペーサーは必要とされ得ない。   For example, the HRV system of some embodiments is the same as the core of FIG. 5, but without a moisture transport layer, instead there are spacers stacked in an alternating fashion. Thus, when a sulfonated block copolymer laminate frame disclosed herein (a multilayer structure such as that of FIGS. 11a and 11b) is formed in the same shape as the layer of the HRV core, such layer is removed from the HRV core; A multilayer structure can be inserted to form the ERV core. No additional spacer can be required.

ラミネート加工
ラミネート加工は、当該技術分野で知られているとおりに行われ得る。一般的に、スルホン化ブロックコポリマーは膜に、場合により他の成分を用いて形成され(以下、本明細書において、「ポリマー膜」)、本明細書に開示した多孔質基材または剛性/半剛性の構造体またはスペーサーと一体化される。多くの方法が、ポリマー膜を多孔質基材に付着または接合させるためのポリマー膜のラミネート加工に使用され得る。例えば、ラミネート加工は、コールドラミネート加工または熱ラミネート加工によって行われ得る。さらに、超音波接合をラミネート加工に使用してもよい。
Lamination Lamination can be performed as is known in the art. In general, sulfonated block copolymers are formed into membranes, optionally using other components (hereinafter “polymer membranes”), and the porous substrates or rigid / semi-solids disclosed herein. Integrated with rigid structure or spacer. Many methods can be used for laminating a polymer film to attach or bond the polymer film to a porous substrate. For example, laminating can be done by cold laminating or heat laminating. Furthermore, ultrasonic bonding may be used for laminating.

熱ラミネート加工は、ポリマー膜を基材または構造体と温度および圧力下で接触させ、これにより両者間に接合を形成することにより行われる。ラミネート加工は、炉などの槽内、またはポリマー膜と多孔質基材を加圧して一体にすることが可能な他の機械もしくは装置で行われ得る。一般的に、温度は95°から450°Fの範囲であり、圧力は100から7,000psiの範囲を有し得る。滞留時間または高温高圧に供される時間は30秒から10分であり得る。その後、メンブレンは室温および室内圧力で冷却され、最終メンブレンが作製され得る。当該技術分野で知られた種々の型のラミネート加工アセンブリが、ポリマー膜と基材を熱および圧力下で接触させるために使用され得る。また、熱ラミネート加工過程で接着剤を使用してもよい。さらに、加熱活性化接着剤を使用してもよい。   Thermal laminating is performed by bringing a polymer film into contact with a substrate or structure under temperature and pressure, thereby forming a bond therebetween. Lamination can be done in a bath, such as a furnace, or other machine or device that can press the polymer membrane and the porous substrate together. Generally, the temperature can range from 95 ° to 450 ° F. and the pressure can range from 100 to 7,000 psi. The residence time or time subjected to high temperature and pressure can be from 30 seconds to 10 minutes. The membrane can then be cooled at room temperature and room pressure to produce the final membrane. Various types of laminating assemblies known in the art can be used to contact the polymer film and the substrate under heat and pressure. Further, an adhesive may be used in the heat laminating process. In addition, heat activated adhesives may be used.

熱ラミネート加工の型の一例では市販のラミネーターが使用される。ラミネーターは2つ以上のニップローラーを有するものであり得、この場合、各ローラーは温度および圧力が制御され得る。本明細書に開示したスルホン化ブロックコポリマーの膜は、1つの基材もしくは構造体上、または基材もしくは構造体の多数の層間に配設され、次いでニップローラー間に配設され、従って二層または複層メンブレンが形成され得る。典型的な操作条件としては、150から450°Fの温度、100から7000psiの圧力が挙げられ得、滞留時間は、ライン速度を調整することにより調整され得る。温度、圧力および滞留時間は、所望のラミネート接合体を得るために変更され得る。   A commercially available laminator is used as an example of a heat laminating mold. A laminator can have two or more nip rollers, where each roller can be controlled in temperature and pressure. The membrane of the sulfonated block copolymer disclosed herein is disposed on one substrate or structure, or between multiple layers of the substrate or structure, and then disposed between nip rollers, and thus two layers. Alternatively, a multilayer membrane can be formed. Typical operating conditions can include a temperature of 150 to 450 ° F., a pressure of 100 to 7000 psi, and the residence time can be adjusted by adjusting the line speed. Temperature, pressure and residence time can be varied to obtain the desired laminate joint.

ラミネート加工のさらなる方法は溶剤接着と称されるものである。これは加熱下または室温で行われ得る。この型のラミネート加工では、有機溶剤がスルホン化ブロックコポリマー膜に塗布される。従って、スルホン化ポリマー膜の溶剤と接触した部分は軟化する。次いで、この膜を基材上に圧締め、これにより、有機溶剤によって軟化した部分と基材間に接合が形成される。ポリマー膜の一部分を溶媒和させる効果を有する有機溶剤が使用され得る。かかる有機溶剤としては、アルコール、アルキル、ケトン、アセテート、エーテル、ならびに芳香族溶剤、例えば、トルエンおよびベンゼンが挙げられる。   A further method of laminating is called solvent bonding. This can be done under heating or at room temperature. In this type of lamination, an organic solvent is applied to the sulfonated block copolymer membrane. Accordingly, the portion of the sulfonated polymer membrane that comes into contact with the solvent is softened. The membrane is then pressed onto the substrate, thereby forming a bond between the portion softened by the organic solvent and the substrate. An organic solvent having the effect of solvating a part of the polymer film can be used. Such organic solvents include alcohols, alkyls, ketones, acetates, ethers, and aromatic solvents such as toluene and benzene.

ラミネート加工のための別の方法はコールドラミネート加工であり、これには、一般的に湿式または乾式接着剤が使用される。コールドと表示されるが、かかる温度は室温を包含している。接着ラミネート加工は、接着剤をポリマー膜の片面に塗布し、次いで、これを多孔質基材と接触させることにより行われる。しかしながら、接着剤は、気化物の通過が妨げられ得る閉塞が最小限となるように、基材およびポリマー膜の特定の表面積が覆われるように塗布するのがよい。接着剤は、基材の一部の細孔を閉塞する効果を有するものであり得、これにより効率が低下し得る。従って、接着ラミネート加工では、接着剤で覆われる面積を最小限にすることが好ましい。使用される接着剤は、例えば、ウレタン系またはラテックス系であり得る。   Another method for laminating is cold laminating, which typically uses wet or dry adhesives. Although indicated as cold, such temperatures include room temperature. Adhesive laminating is performed by applying an adhesive to one side of the polymer film and then contacting it with a porous substrate. However, the adhesive should be applied so that a specific surface area of the substrate and polymer film is covered so that there is minimal blockage that may prevent the passage of vapors. The adhesive may have an effect of blocking a part of the pores of the base material, which may reduce the efficiency. Therefore, in the adhesive laminating process, it is preferable to minimize the area covered with the adhesive. The adhesive used can be, for example, urethane or latex.

また、コールドまたは熱ラミネート加工のいずれの場合も、実験室または市販規模のラミネート加工アセンブリが、ポリマー膜と基材を接触および接合させてラミネート体を形成するために使用され得る。市販規模のラミネート加工のための多くの可能な構成、例えば、ローラー、プレスが存在し、当該技術分野で最も普及しているのはデュアル加熱ピンチローラーの使用である。   Also, in either case of cold or thermal laminating, a laboratory or commercial scale laminating assembly can be used to contact and join the polymer film and the substrate to form a laminate. There are many possible configurations for commercial scale laminating, such as rollers, presses, and the most popular in the art is the use of dual heated pinch rollers.

ポリマー膜を多孔質基材と接触させる場合、該膜が多孔質基材に対して平坦になることを確実にするための手段が取られ得る。例えば、ローラーを有するラミネート加工装置は、平坦にして気泡を除去するために表面全体に適用され得る。   When the polymer membrane is contacted with the porous substrate, measures can be taken to ensure that the membrane is flat with respect to the porous substrate. For example, a laminating device with a roller can be applied to the entire surface to flatten and remove bubbles.

以下の実施例は、例示を意図したものにすぎず、なんら本発明の範囲を限定することを意図したものではなく、限定するものとして解釈されるべきでもない。   The following examples are intended to be illustrative only and are not intended to limit the scope of the invention in any way and should not be construed as limiting.

a.材料および方法
スルホン化度:本明細書に記載し、滴定によって測定されるスルホン化度は、以下の電位差滴定手順によって測定した。スルホン化反応生成物の溶液を2つの別々の滴定(「分相滴定法」)によって解析し、スチレン系ポリマーのスルホン酸、硫酸、および非ポリマー副生成物のスルホン酸(2−スルホイソ酪酸)レベルを測定した。各滴定では、反応生成物の溶液の約5グラムのアリコートを約100mLのテトラヒドロフランに溶解させ、約2mLの水と約2mLのメタノールを添加した。第1の滴定では、溶液をメタノール中0.1Nのシクロヘキシルアミンを用いた電位差滴定により滴定し、2つの終点を得た。第1の終点は試料中の全スルホン酸基+硫酸の第1酸性プロトンに相当し、第2の終点は硫酸の第2酸性プロトンに相当した。第2の滴定では、溶液を約3.5:1のメタノール:水中0.14Nの水酸化ナトリウムを用いた電位差滴定により滴定し、3つの終点を得た。第1の終点は試料中の全スルホン酸基+硫酸の第1および第2酸性プロトンに相当し、第2終点は2−スルホイソ酪酸のカルボン酸に相当し、第3終点はイソ酪酸に相当した。
a. Materials and Methods Degree of sulfonation: The degree of sulfonation described herein and measured by titration was measured by the following potentiometric titration procedure. The solution of the sulfonation reaction product was analyzed by two separate titrations (“phase separation titration method”), and the sulfonic acid, sulfuric acid of the styrenic polymer, and the sulfonic acid (2-sulfoisobutyric acid) level of the non-polymer by-product Was measured. For each titration, approximately 5 grams aliquots of the reaction product solution were dissolved in approximately 100 mL of tetrahydrofuran and approximately 2 mL of water and approximately 2 mL of methanol were added. In the first titration, the solution was titrated by potentiometric titration with 0.1N cyclohexylamine in methanol to obtain two endpoints. The first end point corresponded to the total sulfonic acid groups in the sample plus the first acidic proton of sulfuric acid, and the second end point corresponded to the second acidic proton of sulfuric acid. In the second titration, the solution was titrated by potentiometric titration with 0.14N sodium hydroxide in about 3.5: 1 methanol: water to give three endpoints. The first endpoint corresponds to the total sulfonic acid groups in the sample plus the first and second acidic protons of sulfuric acid, the second endpoint corresponds to the carboxylic acid of 2-sulfoisobutyric acid, and the third endpoint corresponds to isobutyric acid. .

第1の滴定における硫酸の第2酸性プロトンの選択的検出を、第2の滴定における2−スルホイソ酪酸のカルボン酸の選択的検出と合わせると、酸成分の濃度の計算が可能であった。   When the selective detection of the second acidic proton of sulfuric acid in the first titration was combined with the selective detection of the carboxylic acid of 2-sulfoisobutyric acid in the second titration, it was possible to calculate the concentration of the acid component.

本明細書に記載し、1H−NMRによって測定されるスルホン化度は、以下の手順を用いて測定した。約2グラムの非中和型スルホン化ポリマー生成物の溶液を数滴のメタノールで処理し、溶媒を、50℃の真空炉内でおよそ0.5時間乾燥させることによりストリッピングして除去した。乾燥させたこのポリマーの30mgの試料を約0.75mLのテトラヒドロフラン−d(THF−d)に溶解させ、次いで、これに1滴未満の濃HSOを添加し、干渉性の不安定なプロトンシグナルを、その後のNMR解析における芳香族プロトンシグナルの低磁場側にシフトさせた。得られた溶液をH−NMRにより約60℃で解析した。スチレンスルホン化のパーセンテージは、約7.6百万分率(ppm)におけるH−NMRシグナル(これはスルホン化スチレン単位の芳香族プロトンの半数に相当する。かかる芳香族プロトンの残り半数に相当するシグナルは非スルホン化スチレン芳香族プロトンおよびtert−ブチルスチレン芳香族プロトンに相当するシグナルと重複した)の積分によって計算した。 The degree of sulfonation described herein and measured by 1H-NMR was measured using the following procedure. About 2 grams of the solution of non-neutralized sulfonated polymer product was treated with a few drops of methanol and the solvent was stripped off by drying in a vacuum oven at 50 ° C. for approximately 0.5 hours. A 30 mg sample of the dried polymer was dissolved in about 0.75 mL of tetrahydrofuran-d 8 (THF-d 8 ), and then less than 1 drop of concentrated H 2 SO 4 was added to it to prevent interference. The stable proton signal was shifted to the low magnetic field side of the aromatic proton signal in the subsequent NMR analysis. The obtained solution was analyzed at about 60 ° C. by 1 H-NMR. The percentage of styrene sulfonation is the 1 H-NMR signal at about 7.6 parts per million (ppm), which corresponds to half of the aromatic protons of the sulfonated styrene unit, which corresponds to the other half of such aromatic protons. Signal was calculated by integrating the signal corresponding to the unsulfonated styrene aromatic proton and the signal corresponding to the tert-butylstyrene aromatic proton).

本明細書に記載のイオン交換容量は、上記の電位差滴定法によって測定し、スルホン化ブロックコポリマー1グラムあたりのスルホン酸官能部のミリ当量として報告した。   The ion exchange capacities described herein were measured by the potentiometric titration method described above and reported as milliequivalents of sulfonic acid functionality per gram of sulfonated block copolymer.

b.実験
スルホン化ブロックコポリマーSBC−1の調製
A−D−B−D−Aの構成を有するペンタブロックコポリマーを逐次アニオン重合によって調製した。ここで、Aブロックはパラ−tert−ブチルスチレン(ptBS)のポリマーブロックであり、Dブロックは水素化イソプレン(Ip)のポリマーブロックで構成し、Bブロックは非置換スチレン(S)のポリマーブロックで構成した。シクロヘキサン中でのt−ブチルスチレンのアニオン重合はsec−ブチルリチウムを用いて開始し、15,000g/モルの分子量を有するAブロックを得た。次いで、イソプレンモノマーを添加し、9,000g/モルの分子量を有する第2ブロック(ptBS−Ip−Li)を得た。続いて、スチレンモノマーをリビング(ptBS−Ip−Li)ジブロックコポリマー溶液に添加し、重合させ、リビングトリブロックコポリマー(ptBS−Ip−S−Li)を得た。ポリマーのスチレンブロックは28,000g/モルの分子量を有するポリスチレンのみで構成されていた。この溶液に、イソプレンモノマーのさらなるアリコートを添加し、11,000g/モルの分子量を有するイソプレンブロックを得た。従って、これにより、リビングテトラブロックコポリマー構造(ptBS−Ip−S−Ip−Li)が得られた。パラ−tertブチルスチレンモノマーの第2のアリコートを添加し、この重合をメタノールの添加によって終結させ、約14,000g/モルの分子量を有するptBSブロックを得た。次いで、ptBS−Ip−S−Ip−ptBSを、標準的なCo2+/トリエチルアルミニウム法を用いて水素化し、ペンタブロックのイソプレン部分内のC=C不飽和を除去した。次いで、このブロックポリマーを、直接(さらなる処理なし、酸化、洗浄なし、「仕上げ加工」もなしで)、無水i酪酸/硫酸試薬を用いてスルホン化した。水素化したブロックコポリマーの溶液を、ヘプタン(ブロックコポリマー溶液の容量に対してほぼ等容量のヘプタン)の添加によって約10%固形分に希釈した。充分な無水i−酪酸と硫酸(1/1(モル/モル))を添加し、ブロックコポリマー1gあたり2.0meqのスルホン化ポリスチレン官能部を得た。スルホン化反応は、エタノール(2モルエタノール/モル無水i−酪酸)の添加によって終結させた。得られたポリマーは、電位差滴定により、2.0meqの−SOH/gポリマーの「イオン交換容量(IEC)」を有することがわかった。このスルホン化ポリマーの溶液は、ヘプタン、シクロヘキサンおよびi−酪酸エチルの混合物において約10%重量/重量の固形分レベルを有していた。
b. Experimental Preparation of Sulfonated Block Copolymer SBC-1 A pentablock copolymer having the configuration A-D-B-D-A was prepared by sequential anionic polymerization. Here, the A block is a polymer block of para-tert-butylstyrene (ptBS), the D block is composed of a polymer block of hydrogenated isoprene (Ip), and the B block is a polymer block of unsubstituted styrene (S). Configured. Anionic polymerization of t-butylstyrene in cyclohexane was initiated using sec-butyllithium to obtain an A block having a molecular weight of 15,000 g / mol. Next, isoprene monomer was added to obtain a second block (ptBS-Ip-Li) having a molecular weight of 9,000 g / mol. Subsequently, a styrene monomer was added to the living (ptBS-Ip-Li) diblock copolymer solution and polymerized to obtain a living triblock copolymer (ptBS-Ip-S-Li). The styrene block of the polymer consisted solely of polystyrene having a molecular weight of 28,000 g / mol. To this solution, a further aliquot of isoprene monomer was added to obtain an isoprene block having a molecular weight of 11,000 g / mol. Therefore, this gave a living tetrablock copolymer structure (ptBS-Ip-S-Ip-Li). A second aliquot of para-tertbutylstyrene monomer was added and the polymerization was terminated by the addition of methanol, resulting in a ptBS block having a molecular weight of about 14,000 g / mol. The ptBS-Ip-S-Ip-ptBS was then hydrogenated using a standard Co 2+ / triethylaluminum method to remove C═C unsaturation in the isoprene portion of the pentablock. The block polymer was then sulfonated directly (no further treatment, oxidation, no washing, no “finishing”) using ibutyric anhydride / sulfuric acid reagent. The hydrogenated block copolymer solution was diluted to about 10% solids by the addition of heptane (approximately the same volume of heptane relative to the volume of the block copolymer solution). Sufficient i-butyric anhydride and sulfuric acid (1/1 (mol / mol)) were added to obtain a sulfonated polystyrene functional part of 2.0 meq per 1 g of block copolymer. The sulfonation reaction was terminated by the addition of ethanol (2 mol ethanol / mol i-butyric anhydride). The resulting polymer was shown by potentiometric titration to have an “ion exchange capacity (IEC)” of 2.0 meq of —SO 3 H / g polymer. The sulfonated polymer solution had a solids level of about 10% weight / weight in a mixture of heptane, cyclohexane and ethyl i-butyrate.

キャスト膜の使用のため、上記の組成物を、シリコーン処理PET膜などの剥離ライナーに流延した。膜を炉内(ゾーン内の温度を制御および空気または窒素パージ)で、所望の残留溶媒レベルに達するまで少なくとも2分間、緩徐に乾燥させた。具体的な試験手順で特別に必要とされるものを除き、膜に対してさらなる後処理は行わなかった。この手順によって得られる典型的な膜厚さは5ミクロンから50ミクロンの範囲である。SBC−1を、この方法に従って流延し、膜に形成した。   For use of a cast membrane, the above composition was cast onto a release liner such as a silicone treated PET membrane. The membrane was slowly dried in an oven (controlled temperature in the zone and air or nitrogen purge) for at least 2 minutes until the desired residual solvent level was reached. Except as specifically required for specific test procedures, the membrane was not further post-treated. Typical film thicknesses obtained by this procedure range from 5 microns to 50 microns. SBC-1 was cast according to this method and formed into a film.

表1は、典型的なHRVシステムと本開示の多層構造体が使用されたERVシステムとの比較を示す。特に、比較例番号1のHRVシステムにはアルミニウムバリア(即ち、スペーサー)が使用され、ポリマー膜または他の湿気輸送材は使用されていない。従って、顕熱のみが使用される。   Table 1 shows a comparison between a typical HRV system and an ERV system in which the multilayer structure of the present disclosure was used. In particular, the HRV system of Comparative Example No. 1 uses an aluminum barrier (ie, a spacer) and does not use a polymer membrane or other moisture transport material. Therefore, only sensible heat is used.

ERVシステム番号2には、波形のアルミニウムスペーサープレートが、半剛性構造体としてのメッシュスクリーンメッシュラッパーとともに使用されており、このラッパーは、この上面にラミネート加工されたSBC−1膜を有する。SBC−1はプレス内で、280から350Fの範囲内の温度、60から5000psiの圧力、およそ数秒から2分間の加熱時間で熱ラミネート加工した。この実施例では、スペーサーは多孔質でなく、空気または湿気の通過が可能でない。 In ERV system number 2, a corrugated aluminum spacer plate is used with a mesh screen mesh wrapper as a semi-rigid structure, which wrapper has an SBC-1 membrane laminated on its top surface. SBC-1 was hot laminated in the press at temperatures in the range of 280 to 350 ° F., pressures of 60 to 5000 psi, and heating times of approximately a few seconds to 2 minutes. In this embodiment, the spacer is not porous and does not allow the passage of air or moisture.

ERVシステム番号2において、使用したスペーサーは波形のスクリーンメッシュラッパーであり、SBC−1膜が熱ラミネート加工されている。また、スクリーンメッシュを半剛性構造体として使用し、SBC−1膜が熱ラミネート加工されている。熱ラミネート加工は、ERV実施例番号3と同じ条件下で行った。   In ERV system number 2, the spacer used is a corrugated screen mesh wrapper, and the SBC-1 film is heat laminated. Also, the screen mesh is used as a semi-rigid structure, and the SBC-1 film is heat laminated. Thermal lamination was performed under the same conditions as in ERV Example No. 3.

顕熱および潜熱の値の試験は、米国空調暖房冷凍工業会(AHRI)の規格1060に従って行った。   The sensible heat and latent heat values were tested according to the American Air Conditioning Heating and Refrigerating Industry Association (AHRI) Standard 1060.

Figure 0006106272
上記の表からわかるように、コートスクリーンラッパーを有するERV実施例番号2では、顕熱および潜熱の回収効率が比較例番号1のHRVシステムよりもずっと高い。さらに、実施例番号3に示されるように、波形SBC−1コートスクリーンスペーサーを使用すると、顕熱と潜熱の両方の効率が驚くほど有意に増大している。結果を図13にグラフの形態で示す。
Figure 0006106272
As can be seen from the above table, ERV Example No. 2 with a coated screen wrapper has much higher sensible and latent heat recovery efficiency than the HRV system of Comparative Example No. 1. Further, as shown in Example No. 3, the use of a corrugated SBC-1 coated screen spacer has surprisingly significantly increased both sensible and latent heat efficiencies. The results are shown in the form of a graph in FIG.

Claims (4)

内部を通過する空気流間での熱と湿気の交換を許容するコアユニットを有するエネルギー回収システムであって、前記コアユニットは2つ以上の多層複合構造体を含んでおり、前記多層複合構造体は、
第1の表面から第2の表面に通じる複数の穴を有する多孔質で剛性または半剛性のフレーム、および
前記フレームの前記第1および第2の表面上の少なくとも一方に接合されて前記複数の穴を覆っているスルホン化ブロックコポリマーを含む第1のポリマー膜
表面上に形成されたチャネルを有する複数の波形スペーサープレートであって、前記チャネルは頂部と底部を有する波形スペーサープレート、ならびに
前記チャネルの頂部と底部を含む前記波形スペーサープレートの表面に接合したスルホン化ブロックコポリマーを含む第2のポリマー膜、
を備えており、
該スルホン化ブロックコポリマーは少なくとも1つの末端ブロックAと少なくとも1つの内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックには本質的にスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基が含まれておらず、各Bブロックは、モノマー単位の数に対して約10から約100モルパーセントのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含むポリマーブロックであり、
前記複数の多層複合構造体の各々が前記複数の波形スペーサープレートの各面上に固定されており、
第2のポリマー膜と該第2のポリマー膜に固定された前記複数の多層複合構造体の間の該チャネルに空間が存在する、
エネルギー回収システム。
An energy recovery system having a core unit that allows the exchange of heat and moisture between the air flow passing through the interior, the core unit includes a two or more multi-layer composite structure, the multilayered composite structure Is
A porous rigid or semi-rigid frame having a plurality of holes leading from the first surface to the second surface; and the plurality of holes joined to at least one of the first and second surfaces of the frame the first polymer film comprising a sulfonated block copolymer covering the,
A plurality of corrugated spacer plates having channels formed on a surface, the channels having a top and bottom corrugated spacer plate; and
A second polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer bonded to the surface of the corrugated spacer plate including the top and bottom of the channel;
With
The sulfonated block copolymer has at least one end block A and at least one internal block B, wherein each A block contains essentially sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups. Orazu, each B block is a polymer block der containing from about 10 to about 100 mole percent of the sulfonic acid functional group or a sulfonic acid ester functional group relative to the number of monomer units is,
Each of the plurality of multilayer composite structures is fixed on each surface of the plurality of corrugated spacer plates,
A space exists in the channel between the second polymer membrane and the plurality of multilayer composite structures secured to the second polymer membrane;
Energy recovery system.
第1の表面から第2の表面に通じる複数の穴を有する多孔質で剛性または半剛性のフレームであって、表面上に形成されたチャネルを有する形状に形成されたフレーム、ここで、該チャネルは頂部と底部を有するものであり、および
前記フレームの前記第1および第2の表面上の少なくとも一方に接合されて前記複数の穴を覆っているスルホン化ブロックコポリマーを含む第1のポリマー
表面上に形成されたチャネルを有する複数の波形スペーサープレートであって、前記チャネルは頂部と底部を有する波形スペーサープレート、ならびに
前記チャネルの頂部と底部を含む前記波形スペーサープレートの表面に接合したスルホン化ブロックコポリマーを含む第2のポリマー膜
を備えており、
前記スルホン化ブロックコポリマーは少なくとも1つの末端ブロックAと少なくとも1つの内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックには本質的にスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基が含まれておらず、各Bブロックは、モノマー単位の数に対して約10から約100モルパーセントのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含むポリマーブロックである、潜熱および顕熱の交換のための多層複合構造体。
A porous rigid or semi-rigid frame having a plurality of holes leading from a first surface to a second surface , wherein the frame is formed into a shape having a channel formed on the surface, wherein the channel A first polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer joined to at least one of the first and second surfaces of the frame and covering the plurality of holes ;
A plurality of corrugated spacer plates having channels formed on a surface, the channels having a top and bottom corrugated spacer plate; and
A second polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer bonded to the surface of the corrugated spacer plate including the top and bottom of the channel ;
The sulfonated block copolymer has at least one end block A and at least one internal block B, wherein each A block contains essentially sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups. Each B block is a polymer block containing from about 10 to about 100 mole percent sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups based on the number of monomer units, a multilayer for latent heat and sensible heat exchange Composite structure.
内部を通過する空気流間での熱と湿気の交換を許容するコアユニットを有するエネルギー回収システムであって、
表面内にチャネルが形成された波形スペーサープレートであって、前記チャネルは頂部と底部を有する波形スペーサープレート、
前記チャネルの頂部に接合されて前記膜と前記チャネルの底部との間に空気の流れのための空間を形成しているスルホン化ブロックコポリマーを含む実質的に平面状の膜、ならびに
該頂部と底部を含む前記波形スペーサープレートのチャネルの表面に接合したスルホン化ブロックコポリマーを含む第2のポリマー膜であって、第2のポリマー膜と前記実質的に平面状のフィルムとの間に空気の流れのための空間が形成されている第2のポリマー膜、
を備えており、
前記スルホン化ブロックコポリマーは少なくとも1つの末端ブロックAと少なくとも1つの内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックには本質的にスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基が含まれておらず、各Bブロックは、モノマー単位の数に対して約10から約100モルパーセントのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含むポリマーブロックである、
エネルギー回収システム。
An energy recovery system having a core unit that allows heat and moisture exchange between air streams passing through the interior,
A corrugated spacer plate having a channel formed in the surface, the channel having a top and a bottom;
A substantially planar membrane comprising a sulfonated block copolymer joined to the top of the channel to form a space for air flow between the membrane and the bottom of the channel ; and
A second polymer film comprising a sulfonated block copolymer bonded to the surface of the channel of the corrugated spacer plate including the top and bottom, between the second polymer film and the substantially planar film A second polymer film in which a space for air flow is formed;
With
The sulfonated block copolymer has at least one end block A and at least one internal block B, wherein each A block contains essentially sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups. Each B block is a polymer block containing from about 10 to about 100 mole percent sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups based on the number of monomer units.
Energy recovery system.
スペーサープレートを熱回収型換気装置のコアから取り出すこと、
多層構造体を挿入すること
を含む、熱回収型換気システムをエネルギー回収システムに変換するための方法であって、前記多層構造体が、
第1の表面から第2の表面に通じ、成形した複数の穴を有する多孔質で剛性または半剛性のフレーム、および
前記フレームの前記第1および第2の表面上の少なくとも一方に接合されて前記複数の穴を覆っているスルホン化ブロックコポリマーを含む第1のポリマー膜
表面上に形成されたチャネルを有する複数の波形スペーサープレートであって、前記チャネルは内部の空気の流れを許容するための頂部と底部を有する波形スペーサープレート、ならびに
前記チャネルの頂部と底部を含む前記波形スペーサープレートの表面に接合したスルホン化ブロックコポリマーを含む第2のポリマー膜
を備えたものであり、
該スルホン化ブロックコポリマーは少なくとも1つの末端ブロックAと少なくとも1つの内部ブロックBを有しており、ここで、各Aブロックには本質的にスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基が含まれておらず、各Bブロックは、モノマー単位の数に対して約10から約100モルパーセントのスルホン酸官能基またはスルホン酸エステル官能基を含むポリマーブロックであり
前記複数の多層複合構造体の各々が前記複数の波形スペーサープレートの各面上に固定されており、
第2のポリマー膜と該第2のポリマー膜に固定された前記複数の多層複合構造体の間の該チャネルに空間が存在する、
方法。
Removing the spacer plate from the core of the heat recovery ventilator,
A method for converting a heat recovery ventilation system to an energy recovery system comprising inserting a multilayer structure, the multilayer structure comprising:
A porous rigid or semi-rigid frame having a plurality of molded holes extending from the first surface to the second surface; and joined to at least one of the first and second surfaces of the frame A first polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer covering a plurality of holes ;
A plurality of corrugated spacer plates having channels formed on a surface, the channels having a top and bottom for allowing air flow therein; and
A second polymer membrane comprising a sulfonated block copolymer joined to the surface of the corrugated spacer plate including the top and bottom of the channel ;
The sulfonated block copolymer has at least one end block A and at least one internal block B, wherein each A block contains essentially sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups. Each B block is a polymer block containing from about 10 to about 100 mole percent sulfonic acid functional groups or sulfonic acid ester functional groups based on the number of monomer units ;
Each of the plurality of multilayer composite structures is fixed on each surface of the plurality of corrugated spacer plates,
A space exists in the channel between the second polymer membrane and the plurality of multilayer composite structures secured to the second polymer membrane;
Method.
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